JP2000283716A - 相対位置計測装置 - Google Patents
相対位置計測装置Info
- Publication number
- JP2000283716A JP2000283716A JP11086489A JP8648999A JP2000283716A JP 2000283716 A JP2000283716 A JP 2000283716A JP 11086489 A JP11086489 A JP 11086489A JP 8648999 A JP8648999 A JP 8648999A JP 2000283716 A JP2000283716 A JP 2000283716A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- relative position
- wave signal
- signal
- detecting means
- sine wave
- Prior art date
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- Granted
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 精密計測と高速計測とを両立させる。
【解決手段】 相対位置計測装置１０は、位置信号発生
手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定
手段１８等を備えている。位置信号発生手段１２は、ス
ケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化量ごとに、
一周期の位置信号を発生する。相対位置検出手段１４
は、位置信号の一周期における複数点に対応させて、相
対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１６は、位
置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出する。相対
位置決定手段１８は、相対位置検出手段１４，１６によ
って検出された相対位置に基づき相対位置を決定すると
ともに、相対位置が一定以上の速度で変化する場合は相
対位置検出手段１４によって検出された相対位置を無視
する。
手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定
手段１８等を備えている。位置信号発生手段１２は、ス
ケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化量ごとに、
一周期の位置信号を発生する。相対位置検出手段１４
は、位置信号の一周期における複数点に対応させて、相
対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１６は、位
置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出する。相対
位置決定手段１８は、相対位置検出手段１４，１６によ
って検出された相対位置に基づき相対位置を決定すると
ともに、相対位置が一定以上の速度で変化する場合は相
対位置検出手段１４によって検出された相対位置を無視
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相対的に移動する
二者間の相対位置（距離、角度等）を光学的手段、磁気
的手段等により検出する、相対位置計測装置に関する。
二者間の相対位置（距離、角度等）を光学的手段、磁気
的手段等により検出する、相対位置計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の一般的な相対位置計測装置で
は、相対位置の一定変化量ごとに発生する一周期の位置
信号を、更に複数のパルス信号に分割して計測する。そ
のため、精密な位置情報を得るには、位置信号をできる
だけ細かく分割する。このとき、高速で移動しようとす
ると、パルス周波数が高くなりすぎるために、計測が困
難になる。
は、相対位置の一定変化量ごとに発生する一周期の位置
信号を、更に複数のパルス信号に分割して計測する。そ
のため、精密な位置情報を得るには、位置信号をできる
だけ細かく分割する。このとき、高速で移動しようとす
ると、パルス周波数が高くなりすぎるために、計測が困
難になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、大口径のシリ
コンウェーハ上に形成されたＬＳＩパターンを顕微鏡で
検査する場合、必要な分解能はサブミクロンのオーダに
達する。一方、検査対象はシリコンウェーハ全体に散在
しているので、検査対象間の移動距離が大きくなる。し
たがって、検査に必要なだけ分解能を上げると、移動に
要する時間が極めて長くなるので、多くの無駄時間を生
じる。このように、従来の相対位置計測装置では、精密
計測を実現しようとすると低速計測となってしまうとい
う問題があった。
コンウェーハ上に形成されたＬＳＩパターンを顕微鏡で
検査する場合、必要な分解能はサブミクロンのオーダに
達する。一方、検査対象はシリコンウェーハ全体に散在
しているので、検査対象間の移動距離が大きくなる。し
たがって、検査に必要なだけ分解能を上げると、移動に
要する時間が極めて長くなるので、多くの無駄時間を生
じる。このように、従来の相対位置計測装置では、精密
計測を実現しようとすると低速計測となってしまうとい
う問題があった。
【０００４】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、精密計測と高
速計測とを両立させることのできる相対位置計測装置を
提供することにある。
速計測とを両立させることのできる相対位置計測装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の相対位置
計測装置は、位置信号発生手段、第一及び第二の相対位
置検出手段、相対位置決定手段等を備えている。位置信
号発生手段は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一
定変化量ごとに、一周期の位置信号を発生する。第一の
相対位置検出手段は、位置信号の一周期における複数点
に対応させて、相対位置を細かく検出する。第二の相対
位置検出手段は、位置信号の周期を計数して相対位置を
粗く検出する。相対位置決定手段は、第一及び第二の相
対位置検出手段によって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、相対位置が一定以上の速度
で変化する場合は第一の相対位置検出手段によって検出
された相対位置を無視する。
計測装置は、位置信号発生手段、第一及び第二の相対位
置検出手段、相対位置決定手段等を備えている。位置信
号発生手段は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一
定変化量ごとに、一周期の位置信号を発生する。第一の
相対位置検出手段は、位置信号の一周期における複数点
に対応させて、相対位置を細かく検出する。第二の相対
位置検出手段は、位置信号の周期を計数して相対位置を
粗く検出する。相対位置決定手段は、第一及び第二の相
対位置検出手段によって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、相対位置が一定以上の速度
で変化する場合は第一の相対位置検出手段によって検出
された相対位置を無視する。
【０００６】前述の大口径のシリコンウェーハを検査す
る場合について考える。目標位置まで移動する間は、位
置信号を見失わない限り、リアルタイムで現在位置を詳
細に知る必要はない。目標位置に近づいたら移動速度を
徐々に低下させ、速度が十分に低下したら精密計測モー
ドに切り換えることにより、目標位置に正確に停止す
る。又は、目標位置に近づいてから、顕微鏡画像信号を
処理して得られる精密な移動指令に従って、目標位置に
正確に停止する。これらの場合、移動距離が大きいとき
は高速で移動するので、所要時間を短縮できる。一方、
目標位置近傍では、低速で移動するものの移動距離が小
さいので、所要時間は無視できる。したがって、合計の
所要時間を十分小さくすることができる。このようにし
て、高速移動と精密位置決めとを両立させることができ
る。
る場合について考える。目標位置まで移動する間は、位
置信号を見失わない限り、リアルタイムで現在位置を詳
細に知る必要はない。目標位置に近づいたら移動速度を
徐々に低下させ、速度が十分に低下したら精密計測モー
ドに切り換えることにより、目標位置に正確に停止す
る。又は、目標位置に近づいてから、顕微鏡画像信号を
処理して得られる精密な移動指令に従って、目標位置に
正確に停止する。これらの場合、移動距離が大きいとき
は高速で移動するので、所要時間を短縮できる。一方、
目標位置近傍では、低速で移動するものの移動距離が小
さいので、所要時間は無視できる。したがって、合計の
所要時間を十分小さくすることができる。このようにし
て、高速移動と精密位置決めとを両立させることができ
る。
【０００７】第二の相対位置検出手段は、スケールの基
本ピッチでしか計測できないが、基点からの合計の移動
距離を高速かつ正確に知ることができる。一方、第一の
相対位置検出手段は、スケールの１ピッチ内を極めて高
分解能で計測できるが、信号処理が複雑であるため計測
時間が増える。また、第一の相対位置検出手段のみで計
測を行おうとすると、現在位置が基点から何ピッチ目に
あるかを常時監視する必要があるので、計測速度を上げ
られない。そこで、第二の相対位置検出手段で概略位置
を常時監視するとともに、精密計測の場合には、第一の
相対位置検出手段で計測した値を加算することにより、
極めて正確な位置を知ることができる。高速計測時にお
ける第一の相対位置検出手段は、満足に動作しなくなる
ので、意味のないデータを供給するか、甚だしく動作が
滞る。しかし、第一の相対位置検出手段が与える数値は
スケールの１ピッチ内の微小値であるので、これにより
発生する誤差は移動中には無視できる。
本ピッチでしか計測できないが、基点からの合計の移動
距離を高速かつ正確に知ることができる。一方、第一の
相対位置検出手段は、スケールの１ピッチ内を極めて高
分解能で計測できるが、信号処理が複雑であるため計測
時間が増える。また、第一の相対位置検出手段のみで計
測を行おうとすると、現在位置が基点から何ピッチ目に
あるかを常時監視する必要があるので、計測速度を上げ
られない。そこで、第二の相対位置検出手段で概略位置
を常時監視するとともに、精密計測の場合には、第一の
相対位置検出手段で計測した値を加算することにより、
極めて正確な位置を知ることができる。高速計測時にお
ける第一の相対位置検出手段は、満足に動作しなくなる
ので、意味のないデータを供給するか、甚だしく動作が
滞る。しかし、第一の相対位置検出手段が与える数値は
スケールの１ピッチ内の微小値であるので、これにより
発生する誤差は移動中には無視できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る相対位置計
測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。以
下、この図面に基づき説明する。
測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。以
下、この図面に基づき説明する。
【０００９】本実施形態の相対位置計測装置１０は、位
置信号発生手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相
対位置決定手段１８等を備えている。位置信号発生手段
１２は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化
量ごとに、一周期の位置信号を発生する。相対位置検出
手段１４は、位置信号の一周期における複数点に対応さ
せて、相対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１
６は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出す
る。相対位置決定手段１８は、相対位置検出手段１４，
１６によって検出された相対位置に基づき相対位置を決
定するとともに、相対位置が一定以上の速度で変化する
場合は相対位置検出手段１４によって検出された相対位
置を無視する。
置信号発生手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相
対位置決定手段１８等を備えている。位置信号発生手段
１２は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化
量ごとに、一周期の位置信号を発生する。相対位置検出
手段１４は、位置信号の一周期における複数点に対応さ
せて、相対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１
６は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出す
る。相対位置決定手段１８は、相対位置検出手段１４，
１６によって検出された相対位置に基づき相対位置を決
定するとともに、相対位置が一定以上の速度で変化する
場合は相対位置検出手段１４によって検出された相対位
置を無視する。
【００１０】相対位置検出手段１４は、相対位置を細か
く検出するので、計測速度がどうしても遅くなる。相対
位置検出手段１６は、相対位置を粗く検出するので、計
測速度が速くてもよい。そこで、相対位置検出手段１４
は、目標位置へ移動する場合、移動途中では高速計測モ
ードを選択し、目標位置近傍では精密計測モードを選択
する。高速計測モードとは、相対位置検出手段１６のみ
によって検出された相対位置に基づき相対位置を決定す
ることをいう。精密計測モードとは、相対位置検出手段
１４，１６によって検出された相対位置（例えば和）に
基づき相対位置を決定することをいう。これにより、短
時間で正確に目標位置まで移動することができる。
く検出するので、計測速度がどうしても遅くなる。相対
位置検出手段１６は、相対位置を粗く検出するので、計
測速度が速くてもよい。そこで、相対位置検出手段１４
は、目標位置へ移動する場合、移動途中では高速計測モ
ードを選択し、目標位置近傍では精密計測モードを選択
する。高速計測モードとは、相対位置検出手段１６のみ
によって検出された相対位置に基づき相対位置を決定す
ることをいう。精密計測モードとは、相対位置検出手段
１４，１６によって検出された相対位置（例えば和）に
基づき相対位置を決定することをいう。これにより、短
時間で正確に目標位置まで移動することができる。
【００１１】図２は、図１の相対位置計測装置１０にお
ける位置信号発生手段１２をより具体化した一例を示す
構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
ける位置信号発生手段１２をより具体化した一例を示す
構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１２】位置信号発生手段１２は、主尺１２１、副
尺１２２、光源１２３、コンデンサレンズ１２４、受光
素子１２５、図示しない増幅器等によって構成された市
販品である。主尺１２１には反射型の回折格子が形成さ
れ、副尺１２２には透過型の回折格子が形成されてい
る。回折格子の目盛間隔は、光源１２３の波長と同じ程
度になっている。受光素子１２５は、回折次数の各々に
対応するように複数設けられている。
尺１２２、光源１２３、コンデンサレンズ１２４、受光
素子１２５、図示しない増幅器等によって構成された市
販品である。主尺１２１には反射型の回折格子が形成さ
れ、副尺１２２には透過型の回折格子が形成されてい
る。回折格子の目盛間隔は、光源１２３の波長と同じ程
度になっている。受光素子１２５は、回折次数の各々に
対応するように複数設けられている。
【００１３】光源１２３から出た光線は、コンデンサレ
ンズ１２４で平行光になり、副尺１２２を透過し、主尺
１２１で反射し、再び副尺１２２を透過し、受光素子１
２５に干渉パターンとして投影される。すると、正弦波
信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢが受光素子１２５から増幅
器を経て位置信号として出力される。
ンズ１２４で平行光になり、副尺１２２を透過し、主尺
１２１で反射し、再び副尺１２２を透過し、受光素子１
２５に干渉パターンとして投影される。すると、正弦波
信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢが受光素子１２５から増幅
器を経て位置信号として出力される。
【００１４】図３は、図１の相対位置計測装置１０にお
ける相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定手段１
８をより具体化した一例を示す構成図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。
ける相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定手段１
８をより具体化した一例を示す構成図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。
【００１５】相対位置検出手段１４は、マルチプレクサ
１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２及びマイクロコンピュ
ータ１８１からなる。相対位置検出手段１６は、シュミ
ットトリガ回路１６１，１６２、二相カウンタ１６３及
びマイクロコンピュータ１８１からなる。相対位置決定
手段１８はマイクロコンピュータ１８１からなる。
１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２及びマイクロコンピュ
ータ１８１からなる。相対位置検出手段１６は、シュミ
ットトリガ回路１６１，１６２、二相カウンタ１６３及
びマイクロコンピュータ１８１からなる。相対位置決定
手段１８はマイクロコンピュータ１８１からなる。
【００１６】正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、マ
ルチプレクサ１４１を経て交互にＡ／Ｄコンバータ１４
２へ出力され、Ａ／Ｄコンバータ１４２でディジタル信
号に変換されて、マイクロコンピュータ１８１へ出力さ
れる。また、正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、シ
ュミットトリガ回路１６１，１６２で矩形波ｅＡ´，ｅ
Ｂ´に変換され、二相カウンタ１６３で計数されて、マ
イクロコンピュータ１８１へ出力される。ｅＡ，ｅＢ，
ｅＡ´，ｅＢ´を図４に示す。
ルチプレクサ１４１を経て交互にＡ／Ｄコンバータ１４
２へ出力され、Ａ／Ｄコンバータ１４２でディジタル信
号に変換されて、マイクロコンピュータ１８１へ出力さ
れる。また、正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、シ
ュミットトリガ回路１６１，１６２で矩形波ｅＡ´，ｅ
Ｂ´に変換され、二相カウンタ１６３で計数されて、マ
イクロコンピュータ１８１へ出力される。ｅＡ，ｅＢ，
ｅＡ´，ｅＢ´を図４に示す。
【００１７】図５は相対位置検出手段１４の動作の第一
例を示し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
例を示し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１８】図５［１］には、正弦波信号及び余弦波信
号、並びに正弦波信号及び余弦波信号に基づき求められ
たアークタンジェント及びアークコタンジェントが示さ
れている。
号、並びに正弦波信号及び余弦波信号に基づき求められ
たアークタンジェント及びアークコタンジェントが示さ
れている。
【００１９】図５［２］においてＳは、Ｔ［ｒａｄ］に
対する大小を表す符号である。ｅｓ，ｅｃは、正弦波信
号及び余弦波信号の電圧を示し、最大値を１として換算
したものである。ここで、ｅｓ≧０ならばＳＧＳ＝０、
ｅｓ＜０ならばＳＧＳ＝１、ｅｃ≧０ならばＳＧＣ＝
０、ｅｃ＜０ならばＳＧＣ＝１とする。また、｜ｅｓ｜
≦｜ｅｃ｜ならばＭＡＧ＝０、｜ｅｓ｜＞｜ｅｃ｜なら
ばＭＡＧ＝１とする。
対する大小を表す符号である。ｅｓ，ｅｃは、正弦波信
号及び余弦波信号の電圧を示し、最大値を１として換算
したものである。ここで、ｅｓ≧０ならばＳＧＳ＝０、
ｅｓ＜０ならばＳＧＳ＝１、ｅｃ≧０ならばＳＧＣ＝
０、ｅｃ＜０ならばＳＧＣ＝１とする。また、｜ｅｓ｜
≦｜ｅｃ｜ならばＭＡＧ＝０、｜ｅｓ｜＞｜ｅｃ｜なら
ばＭＡＧ＝１とする。
【００２０】互いにπ／２［ｒａｄ］の位相差を持つ正
弦波信号及び余弦波信号を８区間（１区間π／４［ｒａ
ｄ］）に分割して、各区間でアークタンジェントを求
め、そのときの各区間での角度を加算すれば、下記のよ
うにしてθを求めることができる。実際には、タンジェ
ントのマイナス領域やコタンジェントの領域があるが、
符号を変えたり反転させたりすることにより、０〜π／
４［ｒａｄ］までのタンジェントとして扱える。
弦波信号及び余弦波信号を８区間（１区間π／４［ｒａ
ｄ］）に分割して、各区間でアークタンジェントを求
め、そのときの各区間での角度を加算すれば、下記のよ
うにしてθを求めることができる。実際には、タンジェ
ントのマイナス領域やコタンジェントの領域があるが、
符号を変えたり反転させたりすることにより、０〜π／
４［ｒａｄ］までのタンジェントとして扱える。
【００２１】ある位置θにおける正弦波信号、余弦波信
号をそれぞれｅｓ，ｅｃとする。ＭＡＧ＝０のとき、ｘ
＝｜ｅｓ／ｅｃ｜とする。ＭＡＧ＝１のとき、ｘ＝｜ｅ
ｃ／ｅｓ｜とする。（∵｜ｅｃ｜＜｜ｅｓ｜）このと
き、θｘ＝ｔａｎ−１ｘとおくと、θ＝Ｔ＋Ｓ・θｘと
して求めることができる。
号をそれぞれｅｓ，ｅｃとする。ＭＡＧ＝０のとき、ｘ
＝｜ｅｓ／ｅｃ｜とする。ＭＡＧ＝１のとき、ｘ＝｜ｅ
ｃ／ｅｓ｜とする。（∵｜ｅｃ｜＜｜ｅｓ｜）このと
き、θｘ＝ｔａｎ−１ｘとおくと、θ＝Ｔ＋Ｓ・θｘと
して求めることができる。
【００２２】このように、１周期のうちの０〜π／４
［ｒａｄ］までのタンジェントテーブルだけを作ってお
けば、スケールから出力される正弦波信号と余弦波信号
との比較により得られるデータを参照することにより、
１周期分の位置データを絶対位置として得ることができ
る。
［ｒａｄ］までのタンジェントテーブルだけを作ってお
けば、スケールから出力される正弦波信号と余弦波信号
との比較により得られるデータを参照することにより、
１周期分の位置データを絶対位置として得ることができ
る。
【００２３】タンジェントテーブルを使う理由は、正弦
波信号及び余弦波信号の両方によって求めるので、正弦
波信号又は余弦波信号の一方を使う場合よりも、精度が
向上するからである。０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントテーブルを使う理由は、正弦波信号と余弦波信
号の変化が直線的で変化率が大きいので、精度が向上す
るからである。
波信号及び余弦波信号の両方によって求めるので、正弦
波信号又は余弦波信号の一方を使う場合よりも、精度が
向上するからである。０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントテーブルを使う理由は、正弦波信号と余弦波信
号の変化が直線的で変化率が大きいので、精度が向上す
るからである。
【００２４】次に、相対位置検出手段１４の動作の第二
例を説明する。本例は第一例と組み合わせてもよい。本
例では、計測に先立ち、ｅＡ，ｅＢの基本式である次式
（１）、（２）に含まれる各パラメータを求めることに
より、校正動作を行う。これにより、迅速かつ正確な計
測動作が可能となる。以下に、各パラメータの算出方法
を示す。この方法は、計測の一周期内における相対位置
を細かく検出するのに有効である。
例を説明する。本例は第一例と組み合わせてもよい。本
例では、計測に先立ち、ｅＡ，ｅＢの基本式である次式
（１）、（２）に含まれる各パラメータを求めることに
より、校正動作を行う。これにより、迅速かつ正確な計
測動作が可能となる。以下に、各パラメータの算出方法
を示す。この方法は、計測の一周期内における相対位置
を細かく検出するのに有効である。
【００２５】正弦波信号をｅＡ、余弦波信号をｅＢ、振
幅をＡ、移動量をｘ、ピッチ（目盛間隔）をｐ、正弦波
信号のオフセット電圧をｅＯＡ、余弦波信号のオフセッ
ト電圧をｅＯＢ、振幅誤差をδ、位相誤差をεとする
と、（ただし、δ<<１，ε<<１） ｅＡ＝ｅＯＡ＋Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１） ｅＢ＝ｅＯＢ＋Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（２） となる。
幅をＡ、移動量をｘ、ピッチ（目盛間隔）をｐ、正弦波
信号のオフセット電圧をｅＯＡ、余弦波信号のオフセッ
ト電圧をｅＯＢ、振幅誤差をδ、位相誤差をεとする
と、（ただし、δ<<１，ε<<１） ｅＡ＝ｅＯＡ＋Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１） ｅＢ＝ｅＯＢ＋Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（２） となる。
【００２６】ここで、式（１）、（２）の平均値を求め
ることにより、ｅＯＡ，ｅＯＢが求まる。
ることにより、ｅＯＡ，ｅＯＢが求まる。
【００２７】以下、 ｅＡ１＝ｅＡ−ｅＯＡ＝Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（３） ｅＢ１＝ｅＢ−ｅＯＢ＝Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・ （４） とおき、これを用いる。式（３）を自乗すると、 ｅＡ１ ２＝Ａ２ｓｉｎ２（２πｘ／ｐ）＝（Ａ２／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ ／ｐ））＝Ａ２／２−（Ａ２／２）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ・・・（５） が得られる。式（５）の平均値からＡが求まる。
【００２８】式（４）を自乗すると、 ｅＢ１ ２＝Ａ２（１＋δ）２（ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ ｓｉｎ（２πｘ／ｐ））２ ≒Ａ２（１＋２δ）（ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ））２ ＝Ａ２（１＋２δ）（ｃｏｓ２（２πｘ／ｐ）−２εｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃ ｏｓ（２πｘ／ｐ）＋ε２ｓｉｎ２（２πｘ／ｐ）） ≒Ａ２（１＋２δ）（（１＋ｃｏｓ（４πｘ／ｐ））／２−εｓｉｎ（４πｘ ／ｐ）） ≒（Ａ２／２）（１＋２δ）＋（Ａ２／２）（１＋２δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ ）−Ａ２εｓｉｎ（４πｘ／ｐ） ・・・（６） が得られる。ここで、 ｅＣ ２＝ｅＡ１ ２＋ｅＢ１ ２ とおくと、 ｅＣ ２＝Ａ２（１＋δ）＋Ａ２δｃｏｓ（４πｘ／ｐ）−Ａ２εｓｉｎ（４π ｘ／ｐ） ・・・（７） が得られる。
【００２９】ここで、 ｅＡ２ ２＝１−（２／Ａ２）ｅＡ１ ２＝ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ｅＤ ２＝ｅＡ２ ２・ｅＣ ２ とおくと、 ｅＤ ２＝Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋Ａ２δｃｏｓ２（４πｘ／ｐ ）−Ａ２εｓｉｎ（４πｘ／ｐ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ＝Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋（Ａ２／２）δ（１＋ｃｏｓ（８π ｘ／ｐ））−（Ａ２／２）εｓｉｎ（８πｘ／ｐ） ＝（Ａ２／２）δ＋Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋（Ａ２／２）δｃ ｏｓ（８πｘ／ｐ）−（Ａ２／２）εｓｉｎ（８πｘ／ｐ） ・・・（８） が得られる。式（８）の平均値は（Ａ２／２）δである
から、δが求まる。
から、δが求まる。
【００３０】ｅＯＡ、ｅＯＢ、Ａ、δが確定したので、
以下、 ｅＡ３＝（ｅＡ−ｅＯＡ）／Ａ＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（９） ｅＢ３＝（ｅＢ−ｅＯＢ）／（Ａ（１＋δ））＝ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（１０） とおき、これを用いる。 ｅＢ３＝ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ≒ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１０） となる。したがって、 ｅＥ ２＝ｅＡ３・ｅＢ３ とおくと、 ｅＥ ２＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ２（２πｘ／ ｐ） ＝（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）−（ε／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ） ＝−ε／２＋（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）＋（ε／２）ｃｏｓ（４πｘ／ ｐ） ・・・（１１） が得られる。式（１１）の平均値は−ε／２であるの
で、εが求まる。
以下、 ｅＡ３＝（ｅＡ−ｅＯＡ）／Ａ＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（９） ｅＢ３＝（ｅＢ−ｅＯＢ）／（Ａ（１＋δ））＝ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（１０） とおき、これを用いる。 ｅＢ３＝ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ≒ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１０） となる。したがって、 ｅＥ ２＝ｅＡ３・ｅＢ３ とおくと、 ｅＥ ２＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ２（２πｘ／ ｐ） ＝（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）−（ε／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ） ＝−ε／２＋（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）＋（ε／２）ｃｏｓ（４πｘ／ ｐ） ・・・（１１） が得られる。式（１１）の平均値は−ε／２であるの
で、εが求まる。
【００３１】実際の計測にあたっては、式（９）、（１
０）により、ｅＡ３，ｅＢ３を求め、テーブル索引を行
う。ただし、ｃｏｓを用いたときは、求まった位相から
εを差し引く。
０）により、ｅＡ３，ｅＢ３を求め、テーブル索引を行
う。ただし、ｃｏｓを用いたときは、求まった位相から
εを差し引く。
【００３２】求められた各パラメータを式（１）、
（２）に当て嵌めれば、正規化されたｅ Ａ，ｅＢを求め
ることができるので、実際の計測を迅速かつ正確に実行
することができる。また、第一例として述べたアークタ
ンジェント法を併用することにより、更に正確な位置計
測が可能となる。
（２）に当て嵌めれば、正規化されたｅ Ａ，ｅＢを求め
ることができるので、実際の計測を迅速かつ正確に実行
することができる。また、第一例として述べたアークタ
ンジェント法を併用することにより、更に正確な位置計
測が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る相対位置計測装置によれ
ば、相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段
と、相対位置を粗く検出する第二の相対位置検出手段と
を備え、第一及び第二の相対位置検出手段によって検出
された相対位置に基づき相対位置を決定するとともに、
相対位置が一定以上の速度で変化する場合は第一の相対
位置検出手段によって検出された相対位置を無視するよ
うにしたことにより、精密計測と高速計測とを両立させ
ることができ、これにより短時間で正確な位置決めを行
うことができる。
ば、相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段
と、相対位置を粗く検出する第二の相対位置検出手段と
を備え、第一及び第二の相対位置検出手段によって検出
された相対位置に基づき相対位置を決定するとともに、
相対位置が一定以上の速度で変化する場合は第一の相対
位置検出手段によって検出された相対位置を無視するよ
うにしたことにより、精密計測と高速計測とを両立させ
ることができ、これにより短時間で正確な位置決めを行
うことができる。
【００３４】請求項２又は３記載の相対位置計測装置に
よれば、位置信号としての正弦波信号及び余弦波信号に
基づきアークタンジェント又はアークコタンジェントを
求めるようにしたので、正弦波信号又は余弦波信号の一
方のみを用いた場合に比べて、精度を向上できる。
よれば、位置信号としての正弦波信号及び余弦波信号に
基づきアークタンジェント又はアークコタンジェントを
求めるようにしたので、正弦波信号又は余弦波信号の一
方のみを用いた場合に比べて、精度を向上できる。
【００３５】請求項３記載の相対位置計測装置によれ
ば、０〜π／４までのタンジェントカーブを用いて、正
弦波信号及び余弦波信号に基づきアークタンジェント又
はアークコタンジェントを求めるようにしたので、最少
量のデータで相対位置を計測することができる。通常、
入力データからテーブルを検索して出力データを求める
場合、出力データの精度は入力データの精度（又は分解
能）によって決定される。すなわち、入力データの分解
能が粗ければ出力データの精度も低下する。請求項３記
載の相対位置計測装置によれば、入力データの範囲が０
〜π／４であるので、入力データの範囲が０〜２π（一
周期）であるものに比べて、テーブルのメモリ量が同じ
であれば、入力データの分解能を8倍に高めることがで
き、これにより検出感度を8倍に高めることができる。
ば、０〜π／４までのタンジェントカーブを用いて、正
弦波信号及び余弦波信号に基づきアークタンジェント又
はアークコタンジェントを求めるようにしたので、最少
量のデータで相対位置を計測することができる。通常、
入力データからテーブルを検索して出力データを求める
場合、出力データの精度は入力データの精度（又は分解
能）によって決定される。すなわち、入力データの分解
能が粗ければ出力データの精度も低下する。請求項３記
載の相対位置計測装置によれば、入力データの範囲が０
〜π／４であるので、入力データの範囲が０〜２π（一
周期）であるものに比べて、テーブルのメモリ量が同じ
であれば、入力データの分解能を8倍に高めることがで
き、これにより検出感度を8倍に高めることができる。
【００３６】請求項４又は５記載の相対位置計測装置に
よれば、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、
振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて正弦波信号及び余
弦波信号を補正するようにしたので、精度をより向上で
きる。換言すると、低精度で廉価の位置信号発生手段を
用いることができるので、低価格化を達成できる。
よれば、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、
振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて正弦波信号及び余
弦波信号を補正するようにしたので、精度をより向上で
きる。換言すると、低精度で廉価の位置信号発生手段を
用いることができるので、低価格化を達成できる。
【００３７】請求項５記載の相対位置計測装置によれ
ば、実際の計測に先立ち、正弦波信号及び余弦波信号の
オフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて
正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておくようにし
たので、迅速かつ正確な計測を実行できる。
ば、実際の計測に先立ち、正弦波信号及び余弦波信号の
オフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて
正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておくようにし
たので、迅速かつ正確な計測を実行できる。
【図１】本発明に係る相対位置計測装置の一実施形態を
示す機能ブロック図である。
示す機能ブロック図である。
【図２】図１の相対位置計測装置における位置信号発生
手段をより具体化した一例を示す構成図である。
手段をより具体化した一例を示す構成図である。
【図３】図１の相対位置計測装置における及び相対位置
決定手段をより具体化した一例を示す構成図である。
決定手段をより具体化した一例を示す構成図である。
【図４】図３の相対位置検出手段の動作を示す波形図で
あり、図４［１］が正弦波信号及び余弦波信号であり、
図４［２］が正弦波信号及び余弦波信号を波形整形して
得た矩形波である。
あり、図４［１］が正弦波信号及び余弦波信号であり、
図４［２］が正弦波信号及び余弦波信号を波形整形して
得た矩形波である。
【図５】図３の相対位置検出手段の動作の第一例を示
し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表である。
し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表である。
１０ 相対位置計測装置 １２ 位置信号発生手段 １４ 相対位置検出手段（第一の相対位置検出手段） １６ 相対位置検出手段（第二の相対位置検出手段） １８ 相対位置決定手段 １２１ 主尺 １２２ 副尺
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月２７日（１９９９．１２．
２７）
２７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 相対位置計測装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相対的に移動する
二者間の相対位置（距離、角度等）を光学的手段、磁気
的手段等により検出する、相対位置計測装置に関する。
二者間の相対位置（距離、角度等）を光学的手段、磁気
的手段等により検出する、相対位置計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の一般的な相対位置計測装置で
は、相対位置の一定変化量ごとに発生する一周期の位置
信号を、更に複数のパルス信号に分割して計測する。そ
のため、精密な位置情報を得るには、位置信号をできる
だけ細かく分割する。このとき、高速で移動しようとす
ると、パルス周波数が高くなりすぎるために、計測が困
難になる。
は、相対位置の一定変化量ごとに発生する一周期の位置
信号を、更に複数のパルス信号に分割して計測する。そ
のため、精密な位置情報を得るには、位置信号をできる
だけ細かく分割する。このとき、高速で移動しようとす
ると、パルス周波数が高くなりすぎるために、計測が困
難になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、大口径のシリ
コンウェーハ上に形成されたＬＳＩパターンを顕微鏡で
検査する場合、必要な分解能はサブミクロンのオーダに
達する。一方、検査対象はシリコンウェーハ全体に散在
しているので、検査対象間の移動距離が大きくなる。し
たがって、検査に必要なだけ分解能を上げると、移動に
要する時間が極めて長くなるので、多くの無駄時間を生
じる。このように、従来の相対位置計測装置では、精密
計測を実現しようとすると低速計測となってしまうとい
う問題があった。
コンウェーハ上に形成されたＬＳＩパターンを顕微鏡で
検査する場合、必要な分解能はサブミクロンのオーダに
達する。一方、検査対象はシリコンウェーハ全体に散在
しているので、検査対象間の移動距離が大きくなる。し
たがって、検査に必要なだけ分解能を上げると、移動に
要する時間が極めて長くなるので、多くの無駄時間を生
じる。このように、従来の相対位置計測装置では、精密
計測を実現しようとすると低速計測となってしまうとい
う問題があった。
【０００４】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、精密計測と高
速計測とを両立させることのできる相対位置計測装置を
提供することにある。
速計測とを両立させることのできる相対位置計測装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の相対位置
計測装置は、位置信号発生手段、第一及び第二の相対位
置検出手段、相対位置決定手段等を備えている。位置信
号発生手段は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一
定変化量ごとに、一周期の位置信号を発生する。第一の
相対位置検出手段は、位置信号の一周期における複数点
に対応させて、相対位置を細かく検出する。第二の相対
位置検出手段は、位置信号の周期を計数して相対位置を
粗く検出する。相対位置決定手段は、目標位置へ移動す
る場合、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位
置検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び
第二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に
基づき相対位置を決定する。
計測装置は、位置信号発生手段、第一及び第二の相対位
置検出手段、相対位置決定手段等を備えている。位置信
号発生手段は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一
定変化量ごとに、一周期の位置信号を発生する。第一の
相対位置検出手段は、位置信号の一周期における複数点
に対応させて、相対位置を細かく検出する。第二の相対
位置検出手段は、位置信号の周期を計数して相対位置を
粗く検出する。相対位置決定手段は、目標位置へ移動す
る場合、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位
置検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び
第二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に
基づき相対位置を決定する。
【０００６】前述の大口径のシリコンウェーハを検査す
る場合について考える。目標位置まで移動する間は、位
置信号を見失わない限り、リアルタイムで現在位置を詳
細に知る必要はない。目標位置に近づいたら移動速度を
徐々に低下させ、速度が十分に低下したら精密計測モー
ドに切り換えることにより、目標位置に正確に停止す
る。又は、目標位置に近づいてから、顕微鏡画像信号を
処理して得られる精密な移動指令に従って、目標位置に
正確に停止する。これらの場合、移動距離が大きいとき
は高速で移動するので、所要時間を短縮できる。一方、
目標位置近傍では、低速で移動するものの移動距離が小
さいので、所要時間は無視できる。したがって、合計の
所要時間を十分小さくすることができる。このようにし
て、高速移動と精密位置決めとを両立させることができ
る。
る場合について考える。目標位置まで移動する間は、位
置信号を見失わない限り、リアルタイムで現在位置を詳
細に知る必要はない。目標位置に近づいたら移動速度を
徐々に低下させ、速度が十分に低下したら精密計測モー
ドに切り換えることにより、目標位置に正確に停止す
る。又は、目標位置に近づいてから、顕微鏡画像信号を
処理して得られる精密な移動指令に従って、目標位置に
正確に停止する。これらの場合、移動距離が大きいとき
は高速で移動するので、所要時間を短縮できる。一方、
目標位置近傍では、低速で移動するものの移動距離が小
さいので、所要時間は無視できる。したがって、合計の
所要時間を十分小さくすることができる。このようにし
て、高速移動と精密位置決めとを両立させることができ
る。
【０００７】第二の相対位置検出手段は、スケールの基
本ピッチでしか計測できないが、基点からの合計の移動
距離を高速かつ正確に知ることができる。一方、第一の
相対位置検出手段は、スケールの１ピッチ内を極めて高
分解能で計測できるが、信号処理が複雑であるため計測
時間が増える。また、第一の相対位置検出手段のみで計
測を行おうとすると、現在位置が基点から何ピッチ目に
あるかを常時監視する必要があるので、計測速度を上げ
られない。そこで、第二の相対位置検出手段で概略位置
を常時監視するとともに、精密計測の場合には、第一の
相対位置検出手段で計測した値を加算することにより、
極めて正確な位置を知ることができる。高速計測時にお
ける第一の相対位置検出手段は、満足に動作しなくなる
ので、意味のないデータを供給するか、甚だしく動作が
滞る。しかし、第一の相対位置検出手段が与える数値は
スケールの１ピッチ内の微小値であるので、これにより
発生する誤差は移動中には無視できる。
本ピッチでしか計測できないが、基点からの合計の移動
距離を高速かつ正確に知ることができる。一方、第一の
相対位置検出手段は、スケールの１ピッチ内を極めて高
分解能で計測できるが、信号処理が複雑であるため計測
時間が増える。また、第一の相対位置検出手段のみで計
測を行おうとすると、現在位置が基点から何ピッチ目に
あるかを常時監視する必要があるので、計測速度を上げ
られない。そこで、第二の相対位置検出手段で概略位置
を常時監視するとともに、精密計測の場合には、第一の
相対位置検出手段で計測した値を加算することにより、
極めて正確な位置を知ることができる。高速計測時にお
ける第一の相対位置検出手段は、満足に動作しなくなる
ので、意味のないデータを供給するか、甚だしく動作が
滞る。しかし、第一の相対位置検出手段が与える数値は
スケールの１ピッチ内の微小値であるので、これにより
発生する誤差は移動中には無視できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る相対位置計
測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。以
下、この図面に基づき説明する。
測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。以
下、この図面に基づき説明する。
【０００９】本実施形態の相対位置計測装置１０は、位
置信号発生手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相
対位置決定手段１８等を備えている。位置信号発生手段
１２は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化
量ごとに、一周期の位置信号を発生する。相対位置検出
手段１４は、位置信号の一周期における複数点に対応さ
せて、相対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１
６は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出す
る。相対位置決定手段１８は、目標位置へ移動する場
合、目標位置近傍を除く移動途中では相対位置検出手段
１６のみによって検出された相対位置に基づき相対位置
を決定するとともに、目標位置近傍では相対位置検出手
段１４，１６によって検出された相対位置に基づき相対
位置を決定する。
置信号発生手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相
対位置決定手段１８等を備えている。位置信号発生手段
１２は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化
量ごとに、一周期の位置信号を発生する。相対位置検出
手段１４は、位置信号の一周期における複数点に対応さ
せて、相対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１
６は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出す
る。相対位置決定手段１８は、目標位置へ移動する場
合、目標位置近傍を除く移動途中では相対位置検出手段
１６のみによって検出された相対位置に基づき相対位置
を決定するとともに、目標位置近傍では相対位置検出手
段１４，１６によって検出された相対位置に基づき相対
位置を決定する。
【００１０】相対位置検出手段１４は、相対位置を細か
く検出するので、計測速度がどうしても遅くなる。相対
位置検出手段１６は、相対位置を粗く検出するので、計
測速度が速くてもよい。そこで、相対位置決定手段１８
は、目標位置へ移動する場合、移動途中では高速計測モ
ードを選択し、目標位置近傍では精密計測モードを選択
する。高速計測モードとは、相対位置検出手段１６のみ
によって検出された相対位置に基づき相対位置を決定す
ることをいう。精密計測モードとは、相対位置検出手段
１４，１６によって検出された相対位置（例えば和）に
基づき相対位置を決定することをいう。これにより、短
時間で正確に目標位置まで移動することができる。
く検出するので、計測速度がどうしても遅くなる。相対
位置検出手段１６は、相対位置を粗く検出するので、計
測速度が速くてもよい。そこで、相対位置決定手段１８
は、目標位置へ移動する場合、移動途中では高速計測モ
ードを選択し、目標位置近傍では精密計測モードを選択
する。高速計測モードとは、相対位置検出手段１６のみ
によって検出された相対位置に基づき相対位置を決定す
ることをいう。精密計測モードとは、相対位置検出手段
１４，１６によって検出された相対位置（例えば和）に
基づき相対位置を決定することをいう。これにより、短
時間で正確に目標位置まで移動することができる。
【００１１】図２は、図１の相対位置計測装置１０にお
ける位置信号発生手段１２をより具体化した一例を示す
構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
ける位置信号発生手段１２をより具体化した一例を示す
構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１２】位置信号発生手段１２は、主尺１２１、副
尺１２２、光源１２３、コンデンサレンズ１２４、受光
素子１２５、図示しない増幅器等によって構成された市
販品である。主尺１２１には反射型の回折格子が形成さ
れ、副尺１２２には透過型の回折格子が形成されてい
る。回折格子の目盛間隔は、光源１２３の波長と同じ程
度になっている。受光素子１２５は、回折次数の各々に
対応するように複数設けられている。
尺１２２、光源１２３、コンデンサレンズ１２４、受光
素子１２５、図示しない増幅器等によって構成された市
販品である。主尺１２１には反射型の回折格子が形成さ
れ、副尺１２２には透過型の回折格子が形成されてい
る。回折格子の目盛間隔は、光源１２３の波長と同じ程
度になっている。受光素子１２５は、回折次数の各々に
対応するように複数設けられている。
【００１３】光源１２３から出た光線は、コンデンサレ
ンズ１２４で平行光になり、副尺１２２を透過し、主尺
１２１で反射し、再び副尺１２２を透過し、受光素子１
２５に干渉パターンとして投影される。すると、正弦波
信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢが受光素子１２５から増幅
器を経て位置信号として出力される。
ンズ１２４で平行光になり、副尺１２２を透過し、主尺
１２１で反射し、再び副尺１２２を透過し、受光素子１
２５に干渉パターンとして投影される。すると、正弦波
信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢが受光素子１２５から増幅
器を経て位置信号として出力される。
【００１４】図３は、図１の相対位置計測装置１０にお
ける相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定手段１
８をより具体化した一例を示す構成図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。
ける相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定手段１
８をより具体化した一例を示す構成図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。
【００１５】相対位置検出手段１４は、マルチプレクサ
１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２及びマイクロコンピュ
ータ１８１からなる。相対位置検出手段１６は、シュミ
ットトリガ回路１６１，１６２、二相カウンタ１６３及
びマイクロコンピュータ１８１からなる。相対位置決定
手段１８はマイクロコンピュータ１８１からなる。
１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２及びマイクロコンピュ
ータ１８１からなる。相対位置検出手段１６は、シュミ
ットトリガ回路１６１，１６２、二相カウンタ１６３及
びマイクロコンピュータ１８１からなる。相対位置決定
手段１８はマイクロコンピュータ１８１からなる。
【００１６】正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、マ
ルチプレクサ１４１を経て交互にＡ／Ｄコンバータ１４
２へ出力され、Ａ／Ｄコンバータ１４２でディジタル信
号に変換されて、マイクロコンピュータ１８１へ出力さ
れる。また、正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、シ
ュミットトリガ回路１６１，１６２で矩形波ｅＡ´，ｅ
Ｂ´に変換され、二相カウンタ１６３で計数されて、マ
イクロコンピュータ１８１へ出力される。ｅＡ，ｅＢ，
ｅＡ´，ｅＢ´を図４に示す。
ルチプレクサ１４１を経て交互にＡ／Ｄコンバータ１４
２へ出力され、Ａ／Ｄコンバータ１４２でディジタル信
号に変換されて、マイクロコンピュータ１８１へ出力さ
れる。また、正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、シ
ュミットトリガ回路１６１，１６２で矩形波ｅＡ´，ｅ
Ｂ´に変換され、二相カウンタ１６３で計数されて、マ
イクロコンピュータ１８１へ出力される。ｅＡ，ｅＢ，
ｅＡ´，ｅＢ´を図４に示す。
【００１７】図５は相対位置検出手段１４の動作の第一
例を示し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
例を示し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１８】図５［１］には、正弦波信号及び余弦波信
号、並びに正弦波信号及び余弦波信号に基づき求められ
たアークタンジェント及びアークコタンジェントが示さ
れている。
号、並びに正弦波信号及び余弦波信号に基づき求められ
たアークタンジェント及びアークコタンジェントが示さ
れている。
【００１９】図５［２］においてＳは、Ｔ［ｒａｄ］に
対する大小を表す符号である。ｅｓ，ｅｃは、正弦波信
号及び余弦波信号の電圧を示し、最大値を１として換算
したものである。ここで、ｅｓ≧０ならばＳＧＳ＝０、
ｅｓ＜０ならばＳＧＳ＝１、ｅｃ≧０ならばＳＧＣ＝
０、ｅｃ＜０ならばＳＧＣ＝１とする。また、｜ｅｓ｜
≦｜ｅｃ｜ならばＭＡＧ＝０、｜ｅｓ｜＞｜ｅｃ｜なら
ばＭＡＧ＝１とする。
対する大小を表す符号である。ｅｓ，ｅｃは、正弦波信
号及び余弦波信号の電圧を示し、最大値を１として換算
したものである。ここで、ｅｓ≧０ならばＳＧＳ＝０、
ｅｓ＜０ならばＳＧＳ＝１、ｅｃ≧０ならばＳＧＣ＝
０、ｅｃ＜０ならばＳＧＣ＝１とする。また、｜ｅｓ｜
≦｜ｅｃ｜ならばＭＡＧ＝０、｜ｅｓ｜＞｜ｅｃ｜なら
ばＭＡＧ＝１とする。
【００２０】互いにπ／２［ｒａｄ］の位相差を持つ正
弦波信号及び余弦波信号を８区間（１区間π／４［ｒａ
ｄ］）に分割して、各区間でアークタンジェントを求
め、そのときの各区間での角度を加算すれば、下記のよ
うにしてθを求めることができる。実際には、タンジェ
ントのマイナス領域やコタンジェントの領域があるが、
符号を変えたり反転させたりすることにより、０〜π／
４［ｒａｄ］までのタンジェントとして扱える。
弦波信号及び余弦波信号を８区間（１区間π／４［ｒａ
ｄ］）に分割して、各区間でアークタンジェントを求
め、そのときの各区間での角度を加算すれば、下記のよ
うにしてθを求めることができる。実際には、タンジェ
ントのマイナス領域やコタンジェントの領域があるが、
符号を変えたり反転させたりすることにより、０〜π／
４［ｒａｄ］までのタンジェントとして扱える。
【００２１】ある位置θにおける正弦波信号、余弦波信
号をそれぞれｅｓ，ｅｃとする。ＭＡＧ＝０のとき、ｘ
＝｜ｅｓ／ｅｃ｜とする。ＭＡＧ＝１のとき、ｘ＝｜ｅ
ｃ／ｅｓ｜とする。（∵｜ｅｃ｜＜｜ｅｓ｜）このと
き、θｘ＝ｔａｎ−１ｘとおくと、θ＝Ｔ＋Ｓ・θｘと
して求めることができる。
号をそれぞれｅｓ，ｅｃとする。ＭＡＧ＝０のとき、ｘ
＝｜ｅｓ／ｅｃ｜とする。ＭＡＧ＝１のとき、ｘ＝｜ｅ
ｃ／ｅｓ｜とする。（∵｜ｅｃ｜＜｜ｅｓ｜）このと
き、θｘ＝ｔａｎ−１ｘとおくと、θ＝Ｔ＋Ｓ・θｘと
して求めることができる。
【００２２】このように、１周期のうちの０〜π／４
［ｒａｄ］までのタンジェントテーブルだけを作ってお
けば、スケールから出力される正弦波信号と余弦波信号
との比較により得られるデータを参照することにより、
１周期分の位置データを絶対位置として得ることができ
る。
［ｒａｄ］までのタンジェントテーブルだけを作ってお
けば、スケールから出力される正弦波信号と余弦波信号
との比較により得られるデータを参照することにより、
１周期分の位置データを絶対位置として得ることができ
る。
【００２３】タンジェントテーブルを使う理由は、正弦
波信号及び余弦波信号の両方によって求めるので、正弦
波信号又は余弦波信号の一方を使う場合よりも、精度が
向上するからである。０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントテーブルを使う理由は、正弦波信号と余弦波信
号の変化が直線的で変化率が大きいので、精度が向上す
るからである。
波信号及び余弦波信号の両方によって求めるので、正弦
波信号又は余弦波信号の一方を使う場合よりも、精度が
向上するからである。０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントテーブルを使う理由は、正弦波信号と余弦波信
号の変化が直線的で変化率が大きいので、精度が向上す
るからである。
【００２４】次に、相対位置検出手段１４の動作の第二
例を説明する。本例は第一例と組み合わせてもよい。本
例では、計測に先立ち、ｅＡ，ｅＢの基本式である次式
（１）、（２）に含まれる各パラメータを求めることに
より、校正動作を行う。これにより、迅速かつ正確な計
測動作が可能となる。以下に、各パラメータの算出方法
を示す。この方法は、計測の一周期内における相対位置
を細かく検出するのに有効である。
例を説明する。本例は第一例と組み合わせてもよい。本
例では、計測に先立ち、ｅＡ，ｅＢの基本式である次式
（１）、（２）に含まれる各パラメータを求めることに
より、校正動作を行う。これにより、迅速かつ正確な計
測動作が可能となる。以下に、各パラメータの算出方法
を示す。この方法は、計測の一周期内における相対位置
を細かく検出するのに有効である。
【００２５】正弦波信号をｅＡ、余弦波信号をｅＢ、振
幅をＡ、移動量をｘ、ピッチ（目盛間隔）をｐ、正弦波
信号のオフセット電圧をｅＯＡ、余弦波信号のオフセッ
ト電圧をｅＯＢ、振幅誤差をδ、位相誤差をεとする
と、（ただし、δ<<１，ε<<１） ｅＡ＝ｅＯＡ＋Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１） ｅＢ＝ｅＯＢ＋Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（２） となる。
幅をＡ、移動量をｘ、ピッチ（目盛間隔）をｐ、正弦波
信号のオフセット電圧をｅＯＡ、余弦波信号のオフセッ
ト電圧をｅＯＢ、振幅誤差をδ、位相誤差をεとする
と、（ただし、δ<<１，ε<<１） ｅＡ＝ｅＯＡ＋Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１） ｅＢ＝ｅＯＢ＋Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（２） となる。
【００２６】ここで、式（１）、（２）の平均値を求め
ることにより、ｅＯＡ，ｅＯＢが求まる。
ることにより、ｅＯＡ，ｅＯＢが求まる。
【００２７】以下、 ｅＡ１＝ｅＡ−ｅＯＡ＝Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（３） ｅＢ１＝ｅＢ−ｅＯＢ＝Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・ （４） とおき、これを用いる。式（３）を自乗すると、 ｅＡ１ ２＝Ａ２ｓｉｎ２（２πｘ／ｐ）＝（Ａ２／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ ／ｐ））＝Ａ２／２−（Ａ２／２）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ・・・（５） が得られる。式（５）の平均値からＡが求まる。
【００２８】式（４）を自乗すると、 ｅＢ１ ２＝Ａ２（１＋δ）２（ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ ｓｉｎ（２πｘ／ｐ））２ ≒Ａ２（１＋２δ）（ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ））２ ＝Ａ２（１＋２δ）（ｃｏｓ２（２πｘ／ｐ）−２εｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃ ｏｓ（２πｘ／ｐ）＋ε２ｓｉｎ２（２πｘ／ｐ）） ≒Ａ２（１＋２δ）（（１＋ｃｏｓ（４πｘ／ｐ））／２−εｓｉｎ（４πｘ ／ｐ）） ≒（Ａ２／２）（１＋２δ）＋（Ａ２／２）（１＋２δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ ）−Ａ２εｓｉｎ（４πｘ／ｐ） ・・・（６） が得られる。ここで、 ｅＣ ２＝ｅＡ１ ２＋ｅＢ１ ２ とおくと、 ｅＣ ２＝Ａ２（１＋δ）＋Ａ２δｃｏｓ（４πｘ／ｐ）−Ａ２εｓｉｎ（４π ｘ／ｐ） ・・・（７） が得られる。
【００２９】ここで、 ｅＡ２ ２＝１−（２／Ａ２）ｅＡ１ ２＝ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ｅＤ ２＝ｅＡ２ ２・ｅＣ ２ とおくと、 ｅＤ ２＝Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋Ａ２δｃｏｓ２（４πｘ／ｐ ）−Ａ２εｓｉｎ（４πｘ／ｐ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ＝Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋（Ａ２／２）δ（１＋ｃｏｓ（８π ｘ／ｐ））−（Ａ２／２）εｓｉｎ（８πｘ／ｐ） ＝（Ａ２／２）δ＋Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋（Ａ２／２）δｃ ｏｓ（８πｘ／ｐ）−（Ａ２／２）εｓｉｎ（８πｘ／ｐ） ・・・（８） が得られる。式（８）の平均値は（Ａ２／２）δである
から、δが求まる。
から、δが求まる。
【００３０】ｅＯＡ、ｅＯＢ、Ａ、δが確定したので、
以下、 ｅＡ３＝（ｅＡ−ｅＯＡ）／Ａ＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（９） ｅＢ３＝（ｅＢ−ｅＯＢ）／（Ａ（１＋δ））＝ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（１０） とおき、これを用いる。 ｅＢ３＝ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ≒ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１１） となる。したがって、 ｅＥ ２＝ｅＡ３・ｅＢ３ とおくと、 ｅＥ ２＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ２（２πｘ／ ｐ） ＝（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）−（ε／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ） ＝−ε／２＋（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）＋（ε／２）ｃｏｓ（４πｘ／ ｐ） ・・・（１２） が得られる。式（１２）の平均値は−ε／２であるの
で、εが求まる。
以下、 ｅＡ３＝（ｅＡ−ｅＯＡ）／Ａ＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（９） ｅＢ３＝（ｅＢ−ｅＯＢ）／（Ａ（１＋δ））＝ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（１０） とおき、これを用いる。 ｅＢ３＝ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ≒ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１１） となる。したがって、 ｅＥ ２＝ｅＡ３・ｅＢ３ とおくと、 ｅＥ ２＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ２（２πｘ／ ｐ） ＝（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）−（ε／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ） ＝−ε／２＋（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）＋（ε／２）ｃｏｓ（４πｘ／ ｐ） ・・・（１２） が得られる。式（１２）の平均値は−ε／２であるの
で、εが求まる。
【００３１】実際の計測にあたっては、式（９）、（１
０）により、ｅＡ３，ｅＢ３を求め、テーブル索引を行
う。ただし、ｃｏｓを用いたときは、求まった位相から
εを差し引く。
０）により、ｅＡ３，ｅＢ３を求め、テーブル索引を行
う。ただし、ｃｏｓを用いたときは、求まった位相から
εを差し引く。
【００３２】求められた各パラメータを式（１）、
（２）に当て嵌めれば、正規化されたｅ Ａ，ｅＢを求め
ることができるので、実際の計測を迅速かつ正確に実行
することができる。また、第一例として述べたアークタ
ンジェント法を併用することにより、更に正確な位置計
測が可能となる。
（２）に当て嵌めれば、正規化されたｅ Ａ，ｅＢを求め
ることができるので、実際の計測を迅速かつ正確に実行
することができる。また、第一例として述べたアークタ
ンジェント法を併用することにより、更に正確な位置計
測が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る相対位置計測装置によれ
ば、相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段
と、相対位置を粗く検出する第二の相対位置検出手段と
を備え、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位
置検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び
第二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に
基づき相対位置を決定するようにしたことにより、精密
計測と高速計測とを両立させることができ、これにより
短時間で正確に目標位置まで移動することができる。
ば、相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段
と、相対位置を粗く検出する第二の相対位置検出手段と
を備え、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位
置検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び
第二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に
基づき相対位置を決定するようにしたことにより、精密
計測と高速計測とを両立させることができ、これにより
短時間で正確に目標位置まで移動することができる。
【００３４】請求項２又は３記載の相対位置計測装置に
よれば、位置信号としての正弦波信号及び余弦波信号に
基づきアークタンジェント又はアークコタンジェントを
求めるようにしたので、正弦波信号又は余弦波信号の一
方のみを用いた場合に比べて、精度を向上できる。
よれば、位置信号としての正弦波信号及び余弦波信号に
基づきアークタンジェント又はアークコタンジェントを
求めるようにしたので、正弦波信号又は余弦波信号の一
方のみを用いた場合に比べて、精度を向上できる。
【００３５】請求項３記載の相対位置計測装置によれ
ば、０〜π／４までのタンジェントカーブを用いて、正
弦波信号及び余弦波信号に基づきアークタンジェント又
はアークコタンジェントを求めるようにしたので、最少
量のデータで相対位置を計測することができる。通常、
入力データからテーブルを検索して出力データを求める
場合、出力データの精度は入力データの精度（又は分解
能）によって決定される。すなわち、入力データの分解
能が粗ければ出力データの精度も低下する。請求項３記
載の相対位置計測装置によれば、入力データの範囲が０
〜π／４であるので、入力データの範囲が０〜２π（一
周期）であるものに比べて、テーブルのメモリ量が同じ
であれば、入力データの分解能を8倍に高めることがで
き、これにより検出感度を8倍に高めることができる。
ば、０〜π／４までのタンジェントカーブを用いて、正
弦波信号及び余弦波信号に基づきアークタンジェント又
はアークコタンジェントを求めるようにしたので、最少
量のデータで相対位置を計測することができる。通常、
入力データからテーブルを検索して出力データを求める
場合、出力データの精度は入力データの精度（又は分解
能）によって決定される。すなわち、入力データの分解
能が粗ければ出力データの精度も低下する。請求項３記
載の相対位置計測装置によれば、入力データの範囲が０
〜π／４であるので、入力データの範囲が０〜２π（一
周期）であるものに比べて、テーブルのメモリ量が同じ
であれば、入力データの分解能を8倍に高めることがで
き、これにより検出感度を8倍に高めることができる。
【００３６】請求項４又は５記載の相対位置計測装置に
よれば、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、
振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて正弦波信号及び余
弦波信号を補正するようにしたので、精度をより向上で
きる。換言すると、低精度で廉価の位置信号発生手段を
用いることができるので、低価格化を達成できる。
よれば、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、
振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて正弦波信号及び余
弦波信号を補正するようにしたので、精度をより向上で
きる。換言すると、低精度で廉価の位置信号発生手段を
用いることができるので、低価格化を達成できる。
【００３７】請求項５記載の相対位置計測装置によれ
ば、実際の計測に先立ち、正弦波信号及び余弦波信号の
オフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて
正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておくようにし
たので、迅速かつ正確な計測を実行できる。
ば、実際の計測に先立ち、正弦波信号及び余弦波信号の
オフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて
正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておくようにし
たので、迅速かつ正確な計測を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る相対位置計測装置の一実施形態を
示す機能ブロック図である。
示す機能ブロック図である。
【図２】図１の相対位置計測装置における位置信号発生
手段をより具体化した一例を示す構成図である。
手段をより具体化した一例を示す構成図である。
【図３】図１の相対位置計測装置における及び相対位置
決定手段をより具体化した一例を示す構成図である。
決定手段をより具体化した一例を示す構成図である。
【図４】図３の相対位置検出手段の動作を示す波形図で
あり、図４［１］が正弦波信号及び余弦波信号であり、
図４［２］が正弦波信号及び余弦波信号を波形整形して
得た矩形波である。
あり、図４［１］が正弦波信号及び余弦波信号であり、
図４［２］が正弦波信号及び余弦波信号を波形整形して
得た矩形波である。
【図５】図３の相対位置検出手段の動作の第一例を示
し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表である。
し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表である。
【符号の説明】 １０ 相対位置計測装置 １２ 位置信号発生手段 １４ 相対位置検出手段（第一の相対位置検出手段） １６ 相対位置検出手段（第二の相対位置検出手段） １８ 相対位置決定手段 １２１ 主尺 １２２ 副尺 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月８日（２０００．３．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 相対位置計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項２】 前記第一の相対位置検出手段は、前記正
弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、振幅、振幅
偏差及び位相偏差を求め、これらのオフセット電圧、振
幅、振幅偏差及び位相偏差に基づき当該正弦波信号及び
余弦波信号を補正する、 請求項１記載の相対位置計測装置。
弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、振幅、振幅
偏差及び位相偏差を求め、これらのオフセット電圧、振
幅、振幅偏差及び位相偏差に基づき当該正弦波信号及び
余弦波信号を補正する、 請求項１記載の相対位置計測装置。
【請求項３】 前記第一の相対位置検出手段は、実際の
計測に先立ち、前記正弦波信号及び余弦波信号のオフセ
ット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求め、これら
のオフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差に基づ
き当該正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておく、 請求項１記載の相対位置計測装置。
計測に先立ち、前記正弦波信号及び余弦波信号のオフセ
ット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求め、これら
のオフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差に基づ
き当該正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておく、 請求項１記載の相対位置計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相対的に移動する
二者間の相対位置（距離、角度等）を光学的手段、磁気
的手段等により検出する、相対位置計測装置に関する。
二者間の相対位置（距離、角度等）を光学的手段、磁気
的手段等により検出する、相対位置計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の一般的な相対位置計測装置で
は、相対位置の一定変化量ごとに発生する一周期の位置
信号を、更に複数のパルス信号に分割して計測する。そ
のため、精密な位置情報を得るには、位置信号をできる
だけ細かく分割する。このとき、高速で移動しようとす
ると、パルス周波数が高くなりすぎるために、計測が困
難になる。
は、相対位置の一定変化量ごとに発生する一周期の位置
信号を、更に複数のパルス信号に分割して計測する。そ
のため、精密な位置情報を得るには、位置信号をできる
だけ細かく分割する。このとき、高速で移動しようとす
ると、パルス周波数が高くなりすぎるために、計測が困
難になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、大口径のシリ
コンウェーハ上に形成されたＬＳＩパターンを顕微鏡で
検査する場合、必要な分解能はサブミクロンのオーダに
達する。一方、検査対象はシリコンウェーハ全体に散在
しているので、検査対象間の移動距離が大きくなる。し
たがって、検査に必要なだけ分解能を上げると、移動に
要する時間が極めて長くなるので、多くの無駄時間を生
じる。このように、従来の相対位置計測装置では、精密
計測を実現しようとすると低速計測となってしまうとい
う問題があった。
コンウェーハ上に形成されたＬＳＩパターンを顕微鏡で
検査する場合、必要な分解能はサブミクロンのオーダに
達する。一方、検査対象はシリコンウェーハ全体に散在
しているので、検査対象間の移動距離が大きくなる。し
たがって、検査に必要なだけ分解能を上げると、移動に
要する時間が極めて長くなるので、多くの無駄時間を生
じる。このように、従来の相対位置計測装置では、精密
計測を実現しようとすると低速計測となってしまうとい
う問題があった。
【０００４】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、精密計測と高
速計測とを両立させることのできる相対位置計測装置を
提供することにある。
速計測とを両立させることのできる相対位置計測装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る相対位置計
測装置は、位置信号発生手段、第一及び第二の相対位置
検出手段、相対位置決定手段等を備えている。位置信号
発生手段は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定
変化量ごとに、一周期の位置信号を発生する。第一の相
対位置検出手段は、位置信号の一周期における複数点に
対応させて、相対位置を細かく検出する。第二の相対位
置検出手段は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗
く検出する。相対位置決定手段は、目標位置へ移動する
場合、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位置
検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相対
位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び第
二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に基
づき相対位置を決定する。
測装置は、位置信号発生手段、第一及び第二の相対位置
検出手段、相対位置決定手段等を備えている。位置信号
発生手段は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定
変化量ごとに、一周期の位置信号を発生する。第一の相
対位置検出手段は、位置信号の一周期における複数点に
対応させて、相対位置を細かく検出する。第二の相対位
置検出手段は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗
く検出する。相対位置決定手段は、目標位置へ移動する
場合、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位置
検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相対
位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び第
二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に基
づき相対位置を決定する。
【０００６】また、位置信号は、正弦波信号と余弦波信
号との二相信号からなる。更に、第一の相対位置検出手
段は、正弦波信号及び余弦波信号の一周期をπ／４［ｒ
ａｄ］ずつ八等分し、０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントカーブを用いて、正弦波信号及び余弦波信号に
基づきアークタンジェント又はアークコタンジェントを
求めることにより、相対位置を細かく検出する。
号との二相信号からなる。更に、第一の相対位置検出手
段は、正弦波信号及び余弦波信号の一周期をπ／４［ｒ
ａｄ］ずつ八等分し、０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントカーブを用いて、正弦波信号及び余弦波信号に
基づきアークタンジェント又はアークコタンジェントを
求めることにより、相対位置を細かく検出する。
【０００７】前述の大口径のシリコンウェーハを検査す
る場合について考える。目標位置まで移動する間は、位
置信号を見失わない限り、リアルタイムで現在位置を詳
細に知る必要はない。目標位置に近づいたら移動速度を
徐々に低下させ、速度が十分に低下したら精密計測モー
ドに切り換えることにより、目標位置に正確に停止す
る。又は、目標位置に近づいてから、顕微鏡画像信号を
処理して得られる精密な移動指令に従って、目標位置に
正確に停止する。これらの場合、移動距離が大きいとき
は高速で移動するので、所要時間を短縮できる。一方、
目標位置近傍では、低速で移動するものの移動距離が小
さいので、所要時間は無視できる。したがって、合計の
所要時間を十分小さくすることができる。このようにし
て、高速移動と精密位置決めとを両立させることができ
る。
る場合について考える。目標位置まで移動する間は、位
置信号を見失わない限り、リアルタイムで現在位置を詳
細に知る必要はない。目標位置に近づいたら移動速度を
徐々に低下させ、速度が十分に低下したら精密計測モー
ドに切り換えることにより、目標位置に正確に停止す
る。又は、目標位置に近づいてから、顕微鏡画像信号を
処理して得られる精密な移動指令に従って、目標位置に
正確に停止する。これらの場合、移動距離が大きいとき
は高速で移動するので、所要時間を短縮できる。一方、
目標位置近傍では、低速で移動するものの移動距離が小
さいので、所要時間は無視できる。したがって、合計の
所要時間を十分小さくすることができる。このようにし
て、高速移動と精密位置決めとを両立させることができ
る。
【０００８】第二の相対位置検出手段は、スケールの基
本ピッチでしか計測できないが、基点からの合計の移動
距離を高速かつ正確に知ることができる。一方、第一の
相対位置検出手段は、スケールの１ピッチ内を極めて高
分解能で計測できるが、信号処理が複雑であるため計測
時間が増える。また、第一の相対位置検出手段のみで計
測を行おうとすると、現在位置が基点から何ピッチ目に
あるかを常時監視する必要があるので、計測速度を上げ
られない。そこで、第二の相対位置検出手段で概略位置
を常時監視するとともに、精密計測の場合には、第一の
相対位置検出手段で計測した値を加算することにより、
極めて正確な位置を知ることができる。高速計測時にお
ける第一の相対位置検出手段は、満足に動作しなくなる
ので、意味のないデータを供給するか、甚だしく動作が
滞る。しかし、第一の相対位置検出手段が与える数値は
スケールの１ピッチ内の微小値であるので、これにより
発生する誤差は移動中には無視できる。
本ピッチでしか計測できないが、基点からの合計の移動
距離を高速かつ正確に知ることができる。一方、第一の
相対位置検出手段は、スケールの１ピッチ内を極めて高
分解能で計測できるが、信号処理が複雑であるため計測
時間が増える。また、第一の相対位置検出手段のみで計
測を行おうとすると、現在位置が基点から何ピッチ目に
あるかを常時監視する必要があるので、計測速度を上げ
られない。そこで、第二の相対位置検出手段で概略位置
を常時監視するとともに、精密計測の場合には、第一の
相対位置検出手段で計測した値を加算することにより、
極めて正確な位置を知ることができる。高速計測時にお
ける第一の相対位置検出手段は、満足に動作しなくなる
ので、意味のないデータを供給するか、甚だしく動作が
滞る。しかし、第一の相対位置検出手段が与える数値は
スケールの１ピッチ内の微小値であるので、これにより
発生する誤差は移動中には無視できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る相対位置計
測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。以
下、この図面に基づき説明する。
測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。以
下、この図面に基づき説明する。
【００１０】本実施形態の相対位置計測装置１０は、位
置信号発生手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相
対位置決定手段１８等を備えている。位置信号発生手段
１２は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化
量ごとに、一周期の位置信号を発生する。相対位置検出
手段１４は、位置信号の一周期における複数点に対応さ
せて、相対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１
６は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出す
る。相対位置決定手段１８は、目標位置へ移動する場
合、目標位置近傍を除く移動途中では相対位置検出手段
１６のみによって検出された相対位置に基づき相対位置
を決定するとともに、目標位置近傍では相対位置検出手
段１４，１６によって検出された相対位置に基づき相対
位置を決定する。
置信号発生手段１２、相対位置検出手段１４，１６、相
対位置決定手段１８等を備えている。位置信号発生手段
１２は、スケールの主尺及び副尺の相対位置の一定変化
量ごとに、一周期の位置信号を発生する。相対位置検出
手段１４は、位置信号の一周期における複数点に対応さ
せて、相対位置を細かく検出する。相対位置検出手段１
６は、位置信号の周期を計数して相対位置を粗く検出す
る。相対位置決定手段１８は、目標位置へ移動する場
合、目標位置近傍を除く移動途中では相対位置検出手段
１６のみによって検出された相対位置に基づき相対位置
を決定するとともに、目標位置近傍では相対位置検出手
段１４，１６によって検出された相対位置に基づき相対
位置を決定する。
【００１１】相対位置検出手段１４は、相対位置を細か
く検出するので、計測速度がどうしても遅くなる。相対
位置検出手段１６は、相対位置を粗く検出するので、計
測速度が速くてもよい。そこで、相対位置決定手段１８
は、目標位置へ移動する場合、移動途中では高速計測モ
ードを選択し、目標位置近傍では精密計測モードを選択
する。高速計測モードとは、相対位置検出手段１６のみ
によって検出された相対位置に基づき相対位置を決定す
ることをいう。精密計測モードとは、相対位置検出手段
１４，１６によって検出された相対位置（例えば和）に
基づき相対位置を決定することをいう。これにより、短
時間で正確に目標位置まで移動することができる。
く検出するので、計測速度がどうしても遅くなる。相対
位置検出手段１６は、相対位置を粗く検出するので、計
測速度が速くてもよい。そこで、相対位置決定手段１８
は、目標位置へ移動する場合、移動途中では高速計測モ
ードを選択し、目標位置近傍では精密計測モードを選択
する。高速計測モードとは、相対位置検出手段１６のみ
によって検出された相対位置に基づき相対位置を決定す
ることをいう。精密計測モードとは、相対位置検出手段
１４，１６によって検出された相対位置（例えば和）に
基づき相対位置を決定することをいう。これにより、短
時間で正確に目標位置まで移動することができる。
【００１２】図２は、図１の相対位置計測装置１０にお
ける位置信号発生手段１２をより具体化した一例を示す
構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
ける位置信号発生手段１２をより具体化した一例を示す
構成図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１３】位置信号発生手段１２は、主尺１２１、副
尺１２２、光源１２３、コンデンサレンズ１２４、受光
素子１２５、図示しない増幅器等によって構成された市
販品である。主尺１２１には反射型の回折格子が形成さ
れ、副尺１２２には透過型の回折格子が形成されてい
る。回折格子の目盛間隔は、光源１２３の波長と同じ程
度になっている。受光素子１２５は、回折次数の各々に
対応するように複数設けられている。
尺１２２、光源１２３、コンデンサレンズ１２４、受光
素子１２５、図示しない増幅器等によって構成された市
販品である。主尺１２１には反射型の回折格子が形成さ
れ、副尺１２２には透過型の回折格子が形成されてい
る。回折格子の目盛間隔は、光源１２３の波長と同じ程
度になっている。受光素子１２５は、回折次数の各々に
対応するように複数設けられている。
【００１４】光源１２３から出た光線は、コンデンサレ
ンズ１２４で平行光になり、副尺１２２を透過し、主尺
１２１で反射し、再び副尺１２２を透過し、受光素子１
２５に干渉パターンとして投影される。すると、正弦波
信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢが受光素子１２５から増幅
器を経て位置信号として出力される。
ンズ１２４で平行光になり、副尺１２２を透過し、主尺
１２１で反射し、再び副尺１２２を透過し、受光素子１
２５に干渉パターンとして投影される。すると、正弦波
信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢが受光素子１２５から増幅
器を経て位置信号として出力される。
【００１５】図３は、図１の相対位置計測装置１０にお
ける相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定手段１
８をより具体化した一例を示す構成図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。
ける相対位置検出手段１４，１６、相対位置決定手段１
８をより具体化した一例を示す構成図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。
【００１６】相対位置検出手段１４は、マルチプレクサ
１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２及びマイクロコンピュ
ータ１８１からなる。相対位置検出手段１６は、シュミ
ットトリガ回路１６１，１６２、二相カウンタ１６３及
びマイクロコンピュータ１８１からなる。相対位置決定
手段１８はマイクロコンピュータ１８１からなる。
１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４２及びマイクロコンピュ
ータ１８１からなる。相対位置検出手段１６は、シュミ
ットトリガ回路１６１，１６２、二相カウンタ１６３及
びマイクロコンピュータ１８１からなる。相対位置決定
手段１８はマイクロコンピュータ１８１からなる。
【００１７】正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、マ
ルチプレクサ１４１を経て交互にＡ／Ｄコンバータ１４
２へ出力され、Ａ／Ｄコンバータ１４２でディジタル信
号に変換されて、マイクロコンピュータ１８１へ出力さ
れる。また、正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、シ
ュミットトリガ回路１６１，１６２で矩形波ｅＡ´，ｅ
Ｂ´に変換され、二相カウンタ１６３で計数されて、マ
イクロコンピュータ１８１へ出力される。ｅＡ，ｅＢ，
ｅＡ´，ｅＢ´を図４に示す。
ルチプレクサ１４１を経て交互にＡ／Ｄコンバータ１４
２へ出力され、Ａ／Ｄコンバータ１４２でディジタル信
号に変換されて、マイクロコンピュータ１８１へ出力さ
れる。また、正弦波信号ｅＡ及び余弦波信号ｅＢは、シ
ュミットトリガ回路１６１，１６２で矩形波ｅＡ´，ｅ
Ｂ´に変換され、二相カウンタ１６３で計数されて、マ
イクロコンピュータ１８１へ出力される。ｅＡ，ｅＢ，
ｅＡ´，ｅＢ´を図４に示す。
【００１８】図５は相対位置検出手段１４の動作の第一
例を示し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
例を示し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１９】図５［１］には、正弦波信号及び余弦波信
号、並びに正弦波信号及び余弦波信号に基づき求められ
たアークタンジェント及びアークコタンジェントが示さ
れている。
号、並びに正弦波信号及び余弦波信号に基づき求められ
たアークタンジェント及びアークコタンジェントが示さ
れている。
【００２０】図５［２］においてＳは、Ｔ［ｒａｄ］に
対する大小を表す符号である。ｅｓ，ｅｃは、正弦波信
号及び余弦波信号の電圧を示し、最大値を１として換算
したものである。ここで、ｅｓ≧０ならばＳＧＳ＝０、
ｅｓ＜０ならばＳＧＳ＝１、ｅｃ≧０ならばＳＧＣ＝
０、ｅｃ＜０ならばＳＧＣ＝１とする。また、｜ｅｓ｜
≦｜ｅｃ｜ならばＭＡＧ＝０、｜ｅｓ｜＞｜ｅｃ｜なら
ばＭＡＧ＝１とする。
対する大小を表す符号である。ｅｓ，ｅｃは、正弦波信
号及び余弦波信号の電圧を示し、最大値を１として換算
したものである。ここで、ｅｓ≧０ならばＳＧＳ＝０、
ｅｓ＜０ならばＳＧＳ＝１、ｅｃ≧０ならばＳＧＣ＝
０、ｅｃ＜０ならばＳＧＣ＝１とする。また、｜ｅｓ｜
≦｜ｅｃ｜ならばＭＡＧ＝０、｜ｅｓ｜＞｜ｅｃ｜なら
ばＭＡＧ＝１とする。
【００２１】互いにπ／２［ｒａｄ］の位相差を持つ正
弦波信号及び余弦波信号を８区間（１区間π／４［ｒａ
ｄ］）に分割して、各区間でアークタンジェントを求
め、そのときの各区間での角度を加算すれば、下記のよ
うにしてθを求めることができる。実際には、タンジェ
ントのマイナス領域やコタンジェントの領域があるが、
符号を変えたり反転させたりすることにより、０〜π／
４［ｒａｄ］までのタンジェントとして扱える。
弦波信号及び余弦波信号を８区間（１区間π／４［ｒａ
ｄ］）に分割して、各区間でアークタンジェントを求
め、そのときの各区間での角度を加算すれば、下記のよ
うにしてθを求めることができる。実際には、タンジェ
ントのマイナス領域やコタンジェントの領域があるが、
符号を変えたり反転させたりすることにより、０〜π／
４［ｒａｄ］までのタンジェントとして扱える。
【００２２】ある位置θにおける正弦波信号、余弦波信
号をそれぞれｅｓ，ｅｃとする。ＭＡＧ＝０のとき、ｘ
＝｜ｅｓ／ｅｃ｜とする。ＭＡＧ＝１のとき、ｘ＝｜ｅ
ｃ／ｅｓ｜とする。（∵｜ｅｃ｜＜｜ｅｓ｜）このと
き、θｘ＝ｔａｎ−１ｘとおくと、θ＝Ｔ＋Ｓ・θｘと
して求めることができる。
号をそれぞれｅｓ，ｅｃとする。ＭＡＧ＝０のとき、ｘ
＝｜ｅｓ／ｅｃ｜とする。ＭＡＧ＝１のとき、ｘ＝｜ｅ
ｃ／ｅｓ｜とする。（∵｜ｅｃ｜＜｜ｅｓ｜）このと
き、θｘ＝ｔａｎ−１ｘとおくと、θ＝Ｔ＋Ｓ・θｘと
して求めることができる。
【００２３】このように、１周期のうちの０〜π／４
［ｒａｄ］までのタンジェントテーブルだけを作ってお
けば、スケールから出力される正弦波信号と余弦波信号
との比較により得られるデータを参照することにより、
１周期分の位置データを絶対位置として得ることができ
る。
［ｒａｄ］までのタンジェントテーブルだけを作ってお
けば、スケールから出力される正弦波信号と余弦波信号
との比較により得られるデータを参照することにより、
１周期分の位置データを絶対位置として得ることができ
る。
【００２４】タンジェントテーブルを使う理由は、正弦
波信号及び余弦波信号の両方によって求めるので、正弦
波信号又は余弦波信号の一方を使う場合よりも、精度が
向上するからである。０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントテーブルを使う理由は、正弦波信号と余弦波信
号の変化が直線的で変化率が大きいので、精度が向上す
るからである。
波信号及び余弦波信号の両方によって求めるので、正弦
波信号又は余弦波信号の一方を使う場合よりも、精度が
向上するからである。０〜π／４［ｒａｄ］までのタン
ジェントテーブルを使う理由は、正弦波信号と余弦波信
号の変化が直線的で変化率が大きいので、精度が向上す
るからである。
【００２５】次に、相対位置検出手段１４の動作の第二
例を説明する。本例は第一例と組み合わせてもよい。本
例では、計測に先立ち、ｅＡ，ｅＢの基本式である次式
（１）、（２）に含まれる各パラメータを求めることに
より、校正動作を行う。これにより、迅速かつ正確な計
測動作が可能となる。以下に、各パラメータの算出方法
を示す。この方法は、計測の一周期内における相対位置
を細かく検出するのに有効である。
例を説明する。本例は第一例と組み合わせてもよい。本
例では、計測に先立ち、ｅＡ，ｅＢの基本式である次式
（１）、（２）に含まれる各パラメータを求めることに
より、校正動作を行う。これにより、迅速かつ正確な計
測動作が可能となる。以下に、各パラメータの算出方法
を示す。この方法は、計測の一周期内における相対位置
を細かく検出するのに有効である。
【００２６】正弦波信号をｅＡ、余弦波信号をｅＢ、振
幅をＡ、移動量をｘ、ピッチ（目盛間隔）をｐ、正弦波
信号のオフセット電圧をｅＯＡ、余弦波信号のオフセッ
ト電圧をｅＯＢ、振幅誤差をδ、位相誤差をεとする
と、（ただし、δ<<１，ε<<１） ｅＡ＝ｅＯＡ＋Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１） ｅＢ＝ｅＯＢ＋Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（２） となる。
幅をＡ、移動量をｘ、ピッチ（目盛間隔）をｐ、正弦波
信号のオフセット電圧をｅＯＡ、余弦波信号のオフセッ
ト電圧をｅＯＢ、振幅誤差をδ、位相誤差をεとする
と、（ただし、δ<<１，ε<<１） ｅＡ＝ｅＯＡ＋Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１） ｅＢ＝ｅＯＢ＋Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（２） となる。
【００２７】ここで、式（１）、（２）の平均値を求め
ることにより、ｅＯＡ，ｅＯＢが求まる。
ることにより、ｅＯＡ，ｅＯＢが求まる。
【００２８】以下、 ｅＡ１＝ｅＡ−ｅＯＡ＝Ａｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（３） ｅＢ１＝ｅＢ−ｅＯＢ＝Ａ（１＋δ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・ （４） とおき、これを用いる。式（３）を自乗すると、 ｅＡ１ ２＝Ａ２ｓｉｎ２（２πｘ／ｐ）＝（Ａ２／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ ／ｐ））＝Ａ２／２−（Ａ２／２）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ・・・（５） が得られる。式（５）の平均値からＡが求まる。
【００２９】式（４）を自乗すると、 ｅＢ１ ２＝Ａ２（１＋δ）２（ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ ｓｉｎ（２πｘ／ｐ））２ ≒Ａ２（１＋２δ）（ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ））２ ＝Ａ２（１＋２δ）（ｃｏｓ２（２πｘ／ｐ）−２εｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃ ｏｓ（２πｘ／ｐ）＋ε２ｓｉｎ２（２πｘ／ｐ）） ≒Ａ２（１＋２δ）（（１＋ｃｏｓ（４πｘ／ｐ））／２−εｓｉｎ（４πｘ ／ｐ）） ≒（Ａ２／２）（１＋２δ）＋（Ａ２／２）（１＋２δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ ）−Ａ２εｓｉｎ（４πｘ／ｐ） ・・・（６） が得られる。ここで、 ｅＣ ２＝ｅＡ１ ２＋ｅＢ１ ２ とおくと、 ｅＣ ２＝Ａ２（１＋δ）＋Ａ２δｃｏｓ（４πｘ／ｐ）−Ａ２εｓｉｎ（４π ｘ／ｐ） ・・・（７） が得られる。
【００３０】ここで、 ｅＡ２ ２＝１−（２／Ａ２）ｅＡ１ ２＝ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ｅＤ ２＝ｅＡ２ ２・ｅＣ ２ とおくと、 ｅＤ ２＝Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋Ａ２δｃｏｓ２（４πｘ／ｐ ）−Ａ２εｓｉｎ（４πｘ／ｐ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ＝Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋（Ａ２／２）δ（１＋ｃｏｓ（８π ｘ／ｐ））−（Ａ２／２）εｓｉｎ（８πｘ／ｐ） ＝（Ａ２／２）δ＋Ａ２（１＋δ）ｃｏｓ（４πｘ／ｐ）＋（Ａ２／２）δｃ ｏｓ（８πｘ／ｐ）−（Ａ２／２）εｓｉｎ（８πｘ／ｐ） ・・・（８） が得られる。式（８）の平均値は（Ａ２／２）δである
から、δが求まる。
から、δが求まる。
【００３１】ｅＯＡ、ｅＯＢ、Ａ、δが確定したので、
以下、 ｅＡ３＝（ｅＡ−ｅＯＡ）／Ａ＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（９） ｅＢ３＝（ｅＢ−ｅＯＢ）／（Ａ（１＋δ））＝ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（１０） とおき、これを用いる。 ｅＢ３＝ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ≒ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１１） となる。したがって、 ｅＥ ２＝ｅＡ３・ｅＢ３ とおくと、 ｅＥ ２＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ２（２πｘ／ ｐ） ＝（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）−（ε／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ） ＝−ε／２＋（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）＋（ε／２）ｃｏｓ（４πｘ／ ｐ） ・・・（１２） が得られる。式（１２）の平均値は−ε／２であるの
で、εが求まる。
以下、 ｅＡ３＝（ｅＡ−ｅＯＡ）／Ａ＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（９） ｅＢ３＝（ｅＢ−ｅＯＢ）／（Ａ（１＋δ））＝ｃｏｓ（２πｘ／ｐ＋ε） ・・・（１０） とおき、これを用いる。 ｅＢ３＝ｃｏｓε・ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−ｓｉｎε・ｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ≒ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ（２πｘ／ｐ） ・・・（１１） となる。したがって、 ｅＥ ２＝ｅＡ３・ｅＢ３ とおくと、 ｅＥ ２＝ｓｉｎ（２πｘ／ｐ）ｃｏｓ（２πｘ／ｐ）−εｓｉｎ２（２πｘ／ ｐ） ＝（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）−（ε／２）（１−ｃｏｓ（４πｘ／ｐ） ） ＝−ε／２＋（１／２）ｓｉｎ（４πｘ／ｐ）＋（ε／２）ｃｏｓ（４πｘ／ ｐ） ・・・（１２） が得られる。式（１２）の平均値は−ε／２であるの
で、εが求まる。
【００３２】実際の計測にあたっては、式（９）、（１
０）により、ｅＡ３，ｅＢ３を求め、テーブル索引を行
う。ただし、ｃｏｓを用いたときは、求まった位相から
εを差し引く。
０）により、ｅＡ３，ｅＢ３を求め、テーブル索引を行
う。ただし、ｃｏｓを用いたときは、求まった位相から
εを差し引く。
【００３３】求められた各パラメータを式（１）、
（２）に当て嵌めれば、正規化されたｅ Ａ，ｅＢを求め
ることができるので、実際の計測を迅速かつ正確に実行
することができる。また、第一例として述べたアークタ
ンジェント法を併用することにより、更に正確な位置計
測が可能となる。
（２）に当て嵌めれば、正規化されたｅ Ａ，ｅＢを求め
ることができるので、実際の計測を迅速かつ正確に実行
することができる。また、第一例として述べたアークタ
ンジェント法を併用することにより、更に正確な位置計
測が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係る相対位置計測装置によれ
ば、相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段
と、相対位置を粗く検出する第二の相対位置検出手段と
を備え、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位
置検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び
第二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に
基づき相対位置を決定するようにしたことにより、精密
計測と高速計測とを両立させることができ、これにより
短時間で正確に目標位置まで移動することができる。
ば、相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段
と、相対位置を粗く検出する第二の相対位置検出手段と
を備え、目標位置近傍を除く移動途中では第二の相対位
置検出手段のみによって検出された相対位置に基づき相
対位置を決定するとともに、目標位置近傍では第一及び
第二の相対位置検出手段によって検出された相対位置に
基づき相対位置を決定するようにしたことにより、精密
計測と高速計測とを両立させることができ、これにより
短時間で正確に目標位置まで移動することができる。
【００３５】これに加え、位置信号としての正弦波信号
及び余弦波信号に基づきアークタンジェント又はアーク
コタンジェントを求めるようにしたので、正弦波信号又
は余弦波信号の一方のみを用いた場合に比べて、精度を
向上できる。
及び余弦波信号に基づきアークタンジェント又はアーク
コタンジェントを求めるようにしたので、正弦波信号又
は余弦波信号の一方のみを用いた場合に比べて、精度を
向上できる。
【００３６】しかも、０〜π／４までのタンジェントカ
ーブを用いて、正弦波信号及び余弦波信号に基づきアー
クタンジェント又はアークコタンジェントを求めるよう
にしたので、最少量のデータで相対位置を計測すること
ができる。通常、入力データからテーブルを検索して出
力データを求める場合、出力データの精度は入力データ
の精度（又は分解能）によって決定される。すなわち、
入力データの分解能が粗ければ出力データの精度も低下
する。本発明に係る相対位置計測装置によれば、入力デ
ータの範囲が０〜π／４であるので、入力データの範囲
が０〜２π（一周期）であるものに比べて、テーブルの
メモリ量が同じであれば、入力データの分解能を８倍に
高めることができ、これにより検出感度を８倍に高める
ことができる。
ーブを用いて、正弦波信号及び余弦波信号に基づきアー
クタンジェント又はアークコタンジェントを求めるよう
にしたので、最少量のデータで相対位置を計測すること
ができる。通常、入力データからテーブルを検索して出
力データを求める場合、出力データの精度は入力データ
の精度（又は分解能）によって決定される。すなわち、
入力データの分解能が粗ければ出力データの精度も低下
する。本発明に係る相対位置計測装置によれば、入力デ
ータの範囲が０〜π／４であるので、入力データの範囲
が０〜２π（一周期）であるものに比べて、テーブルの
メモリ量が同じであれば、入力データの分解能を８倍に
高めることができ、これにより検出感度を８倍に高める
ことができる。
【００３７】請求項２又は３記載の相対位置計測装置に
よれば、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、
振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて正弦波信号及び余
弦波信号を補正するようにしたので、精度をより向上で
きる。換言すると、低精度で廉価の位置信号発生手段を
用いることができるので、低価格化を達成できる。
よれば、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、
振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて正弦波信号及び余
弦波信号を補正するようにしたので、精度をより向上で
きる。換言すると、低精度で廉価の位置信号発生手段を
用いることができるので、低価格化を達成できる。
【００３８】請求項３記載の相対位置計測装置によれ
ば、実際の計測に先立ち、正弦波信号及び余弦波信号の
オフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて
正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておくようにし
たので、迅速かつ正確な計測を実行できる。
ば、実際の計測に先立ち、正弦波信号及び余弦波信号の
オフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差を求めて
正弦波信号及び余弦波信号を予め補正しておくようにし
たので、迅速かつ正確な計測を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る相対位置計測装置の一実施形態を
示す機能ブロック図である。
示す機能ブロック図である。
【図２】図１の相対位置計測装置における位置信号発生
手段をより具体化した一例を示す構成図である。
手段をより具体化した一例を示す構成図である。
【図３】図１の相対位置計測装置における及び相対位置
決定手段をより具体化した一例を示す構成図である。
決定手段をより具体化した一例を示す構成図である。
【図４】図３の相対位置検出手段の動作を示す波形図で
あり、図４［１］が正弦波信号及び余弦波信号であり、
図４［２］が正弦波信号及び余弦波信号を波形整形して
得た矩形波である。
あり、図４［１］が正弦波信号及び余弦波信号であり、
図４［２］が正弦波信号及び余弦波信号を波形整形して
得た矩形波である。
【図５】図３の相対位置検出手段の動作の第一例を示
し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表である。
し、図５［１］は波形図、図５［２］は図表である。
【符号の説明】 １０ 相対位置計測装置 １２ 位置信号発生手段 １４ 相対位置検出手段（第一の相対位置検出手段） １６ 相対位置検出手段（第二の相対位置検出手段） １８ 相対位置決定手段 １２１ 主尺 １２２ 副尺
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA09 AA20 AA39 BB12 BB15 BB22 BB25 BB27 CC17 DD06 FF48 HH12 LL09 LL42 QQ03 QQ27 QQ51 2F077 AA25 CC02 NN02 NN05 QQ05 RR27 TT23 TT31 TT42 TT52 TT62 TT71 2F103 BA37 CA02 CA03 CA04 DA02 DA12 DA13 EA02 EA12 EA15 EC03 ED21 ED27 FA02 FA06 FA12
Claims (5)
- 【請求項１】 スケールの主尺及び副尺の相対位置の一
定変化量ごとに一周期の位置信号を発生する位置信号発
生手段と、 前記位置信号の一周期における複数点に対応させて前記
相対位置を細かく検出する第一の相対位置検出手段と、 前記位置信号の周期を計数して前記相対位置を粗く検出
する第二の相対位置検出手段と、 前記第一及び第二の相対位置検出手段によって検出され
た相対位置に基づき前記相対位置を決定するとともに、
前記相対位置が一定以上の速度で変化する場合は前記第
一の相対位置検出手段によって検出された相対位置を無
視する相対位置決定手段と、 を備えた相対位置計測装置。 - 【請求項２】 前記位置信号が正弦波信号と余弦波信号
との二相信号からなり、 前記第一の相対位置検出手段は、前記正弦波信号及び余
弦波信号に基づきアークタンジェント又はアークコタン
ジェントを求めることにより、前記相対位置を細かく検
出する、 請求項１記載の相対位置計測装置。 - 【請求項３】 前記第一の相対位置検出手段は、前記正
弦波信号及び余弦波信号の一周期をπ／４［ｒａｄ］ず
つ八等分し、０〜π／４［ｒａｄ］までのタンジェント
カーブを用いて、前記正弦波信号及び余弦波信号に基づ
き前記アークタンジェント又はアークコタンジェントを
求める、 請求項２記載の相対位置計測装置。 - 【請求項４】 前記位置信号が正弦波信号と余弦波信号
との二相信号からなり、 前記第一の相対位置検出手段は、前記正弦波信号及び余
弦波信号のオフセット電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏
差を求め、これらのオフセット電圧、振幅、振幅偏差及
び位相偏差に基づき当該正弦波信号及び余弦波信号を補
正する、 請求項１記載の相対位置計測装置。 - 【請求項５】 前記位置信号が正弦波信号と余弦波信号
との二相信号からなり、 前記第一の相対位置検出手段は、実際の計測に先立ち、
前記正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、振
幅、振幅偏差及び位相偏差を求め、これらのオフセット
電圧、振幅、振幅偏差及び位相偏差に基づき当該正弦波
信号及び余弦波信号を予め補正しておく、 請求項１記載の相対位置計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11086489A JP3059714B1 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 相対位置計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11086489A JP3059714B1 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 相対位置計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3059714B1 JP3059714B1 (ja) | 2000-07-04 |
| JP2000283716A true JP2000283716A (ja) | 2000-10-13 |
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ID=13888409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11086489A Expired - Fee Related JP3059714B1 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 相対位置計測装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3059714B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266733A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Honda Motor Co Ltd | 回転角検出装置および電動パワーステアリング装置 |
| JP2013088152A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Canon Inc | エンコーダおよびこれを備えた装置 |
| JP5649007B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2015-01-07 | 国立大学法人東京農工大学 | 電子源電極を用いた固体薄膜の形成方法 |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP11086489A patent/JP3059714B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266733A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Honda Motor Co Ltd | 回転角検出装置および電動パワーステアリング装置 |
| JP5649007B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2015-01-07 | 国立大学法人東京農工大学 | 電子源電極を用いた固体薄膜の形成方法 |
| JP2013088152A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Canon Inc | エンコーダおよびこれを備えた装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3059714B1 (ja) | 2000-07-04 |
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