JP2002081962A - Rotary angle detector - Google Patents

Rotary angle detector

Info

Publication number
JP2002081962A
JP2002081962A JP2000269622A JP2000269622A JP2002081962A JP 2002081962 A JP2002081962 A JP 2002081962A JP 2000269622 A JP2000269622 A JP 2000269622A JP 2000269622 A JP2000269622 A JP 2000269622A JP 2002081962 A JP2002081962 A JP 2002081962A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
encoder scale
shaft hole
silicon
rotation angle
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000269622A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mizuaki Suzuki
瑞明 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2000269622A priority Critical patent/JP2002081962A/en
Publication of JP2002081962A publication Critical patent/JP2002081962A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical rotary angle detector having an encoder scale including high resolution and accuracy. SOLUTION: A lattice pattern formed on the encoder scale and a shaft hole are etched by using the same photomasks or photomasks accurately locatable with each other in combination with a photolithography used to manufacture a semiconductor integrated circuit and the like and an etching method using an ion or a plasma.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機構を制御す
るために、その動作回転角度または回転速度を検出し、
電気信号に変換する、一般にロータリー・エンコーダと
呼ばれる光学式回転角検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects an operating rotation angle or rotation speed of a rotation mechanism to control the rotation mechanism.
The present invention relates to an optical rotation angle detection device generally called a rotary encoder that converts an electric signal into an electric signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9に従来の技術における回転角検出装
置を、図10に従来の技術におけるエンコーダ・スケー
ルを示す。一般にロータリー・エンコーダと呼ばれる光
学式回転角検出装置は、回転軸222に結合された回転
円盤型のエンコーダ・スケール203と、エンコーダ・
スケールの回転を検出するための、対になった発光素子
201と受光素子202を有する検出ヘッド部から構成
されている。図9に示した回転検出装置は、エンコーダ
・スケールの片面側に発行素子201と受光素子202
を配置し、スケール表面の反射光を利用する反射型と呼
ばれる形式である。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a rotation angle detecting device according to the prior art, and FIG. 10 shows an encoder scale according to the prior art. An optical rotation angle detection device generally called a rotary encoder includes a rotating disk type encoder scale 203 coupled to a rotation shaft 222, and an encoder
It comprises a detection head section having a pair of light emitting element 201 and light receiving element 202 for detecting rotation of the scale. The rotation detecting device shown in FIG. 9 includes a light emitting element 201 and a light receiving element 202 on one side of an encoder scale.
And a type called reflection type using reflected light from the scale surface.

【0003】エンコーダ・スケール203には、回転角
を検出するための放射状の格子パターン218(グレー
ティング・パターン)がスリット状に描かれている。従
来のエンコーダ・スケールは、薄い金属板を用いて、エ
ッチング法によりこの金属板に直接スリット溝を形成す
ることで、格子パターンとしていた。しかし、この方法
では、必要な強度を保つためには、エンコーダ・スケー
ルに、たとえば0.2mm以下の非常に薄い金属板を使
用することができなかった。そして、このことにより、
より高い分解能を得るための微細な格子パターンを形成
することが困難であった。
On the encoder scale 203, a radial grating pattern 218 (grating pattern) for detecting a rotation angle is drawn in a slit shape. In the conventional encoder scale, a lattice pattern is formed by using a thin metal plate and forming slit grooves directly in the metal plate by an etching method. However, in this method, a very thin metal plate of, for example, 0.2 mm or less cannot be used for the encoder scale in order to maintain a necessary strength. And by this,
It has been difficult to form a fine grid pattern for obtaining higher resolution.

【0004】このため、近年においては、より分解能の
高いエンコーダ・スケールを作製するために、平滑なガ
ラス円盤の表面に金属薄膜を蒸着して、この金属薄膜に
フォト・リソグラフィ法により格子パターンを形成した
り、シリコン・ウェハ(シリコン基板)の表面にフォト
・リソグラフィ法によって格子パターンを形成したりし
ている。これは、平滑なガラス基板に1μm程度または
それ以下の膜厚の金属薄膜を形成し、その金属薄膜をフ
ォト・リソグラフィ技術およびエッチング技術により加
工し、微細な格子パターンを形成する方法である。この
方法によれば、線幅数μm以下の微細な格子パターンを
形成することができ、たとえば直径50mm以下の小径
エンコーダ・スケールにおいても、数万パルス程度の高
分解能の性能を実現することができる。
For this reason, in recent years, in order to produce an encoder scale with higher resolution, a metal thin film is deposited on the surface of a smooth glass disk, and a lattice pattern is formed on the metal thin film by photolithography. In addition, a lattice pattern is formed on the surface of a silicon wafer (silicon substrate) by a photolithography method. This is a method in which a metal thin film having a thickness of about 1 μm or less is formed on a smooth glass substrate, and the metal thin film is processed by a photolithography technique and an etching technique to form a fine lattice pattern. According to this method, a fine grid pattern having a line width of several μm or less can be formed. For example, even in a small-diameter encoder scale having a diameter of 50 mm or less, high-resolution performance of about tens of thousands of pulses can be realized. .

【0005】エンコーダ・スケールの回転を検出するた
めの発光素子201には、主に発光ダイオードや半導体
レーザーが用いられる。受光素子202には、主にフォ
ト・ダイオードやフォト・トランジスタが用いられる。
発光素子201から発せられた光が、エンコーダ・スケ
ール203の表面に形成された金属薄膜217の格子パ
ターン218に反射して受光素子202に達するよう
に、発光素子201と受光素子202は並列して配置さ
れる必要がある。したがって、図に示すように、樹脂成
型部材等の検出ヘッド部フレーム231を用いて、発光
素子201と受光素子202を固定・支持する構造とな
っている。そして、この検出ヘッド部フレーム231
は、取付板233により固定されている。
As the light emitting element 201 for detecting the rotation of the encoder scale, a light emitting diode or a semiconductor laser is mainly used. As the light receiving element 202, a photodiode or a phototransistor is mainly used.
The light emitting element 201 and the light receiving element 202 are arranged in parallel so that the light emitted from the light emitting element 201 is reflected by the lattice pattern 218 of the metal thin film 217 formed on the surface of the encoder scale 203 and reaches the light receiving element 202. Need to be deployed. Therefore, as shown in the drawing, the light emitting element 201 and the light receiving element 202 are fixed and supported using the detection head frame 231 such as a resin molded member. The detection head unit frame 231
Is fixed by a mounting plate 233.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の光学
式回転角検出装置は、エンコーダ・スケールの軸穴部に
回転軸を差し込んで固定するのみであり、特にエンコー
ダ・スケールと回転軸の中心軸を正確に一致させるため
の機能をそれぞれの部材に備えてはいなかった。そのた
め、機械加工による精度の問題で、エンコーダ・スケー
ルの軸穴部の中心と格子パターンの中心と精密に一致さ
せることは困難であり、エンコーダ・スケール203を
高い分解能で製作しても、回転角検出装置の信号には誤
差を生じてしまう場合があった。
In such a conventional optical rotation angle detecting device, the rotary shaft is simply inserted into and fixed to the shaft hole of the encoder scale. In particular, the center of the encoder scale and the center of the rotary shaft are fixed. Each member did not have a function for precisely aligning the axes. Therefore, it is difficult to precisely match the center of the shaft hole of the encoder scale with the center of the lattice pattern due to the problem of accuracy due to machining, and even if the encoder scale 203 is manufactured with high resolution, the rotation angle is not In some cases, an error occurs in the signal of the detection device.

【0007】回転軸を通すためのエンコーダ・スケール
に対する穴あけ加工は、高い精度で中心位置を合わせて
加工することが困難であるため、格子パターンの中心と
一致させることが難しく、非常に精度の高い加工機を用
いて慎重に作業を行っても、100μm程度の誤差は避
けられなかった。したがって回転軸を組み付けた状態で
は、結果的に精度の低いエンコーダ・スケールしか得る
ことができなかった。
[0007] It is difficult to form a hole in the encoder scale for passing the rotary shaft with high accuracy by aligning the center position with the center. Even if the work was carefully performed using a processing machine, an error of about 100 μm was inevitable. Therefore, in a state where the rotating shaft is assembled, only an encoder scale with low accuracy can be obtained as a result.

【0008】これを防ぐために、回転軸222の直径に
対して、エンコーダ・スケール203の軸穴部234の
直径を大きくすることでガタを設け、組立時に、軸フラ
ンジ部237にエンコーダ・スケール203を当て、エ
ンコーダ・スケール203を回転させて格子パターン2
18を顕微鏡等で観察しながら位置を調整した後、スケ
ール固定用穴部235を用いて固定ネジ236及び固定
リング238などで固定する方法を用いる場合もある
が、これは熟練した作業者が時間をかけて行う必要あ
り、量産に適した方法でないため、製造コストが上昇
し、安価な民生品の装置には用いることができなかっ
た。
In order to prevent this, play is provided by increasing the diameter of the shaft hole 234 of the encoder scale 203 with respect to the diameter of the rotary shaft 222, and the encoder scale 203 is attached to the shaft flange 237 during assembly. And rotate encoder scale 203 to form grid pattern 2
After adjusting the position while observing the sample 18 with a microscope or the like, a method of fixing the fixing screw 236 and the fixing ring 238 using the scale fixing hole 235 may be used. However, since the method is not suitable for mass production, the production cost is increased, and it cannot be used for an inexpensive consumer device.

【0009】以上のように、従来の方法においては、エ
ンコーダ・スケールの格子パターンの中心と回転軸の中
心軸が一致せず、格子パターンが偏芯したまま回転する
ため、高分解能のエンコーダ・スケールを用いても、エ
ンコーダの回転に伴う偏芯量がパターンのピッチ寸法以
内におさえられていないと信号に誤差が生じ、精密な回
転角検出装置を作ることができなかった。
As described above, in the conventional method, the center of the grid pattern of the encoder scale does not coincide with the center axis of the rotation axis, and the grid pattern is rotated with its eccentricity. However, if the amount of eccentricity caused by the rotation of the encoder is not smaller than the pitch dimension of the pattern, an error occurs in the signal, and a precise rotation angle detecting device cannot be manufactured.

【0010】また、装置の組立時に、エンコーダ・スケ
ールを回転させながら熟練作業者が調整を行う方法で
は、量産性が著しく低かった。
[0010] In addition, mass production is extremely low in a method in which a skilled operator performs adjustment while rotating an encoder scale at the time of assembling the apparatus.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明における回転角検出装置は、回転軸と、回
転軸が貫通する軸穴部を有し、放射状のパターンが形成
された円盤形状のエンコーダ・スケールと、エンコーダ
・スケールの回転を検出するための、対になった発光素
子と受光素子を有する検出ヘッド部と、を有する光学式
回転角検出装置において、エンコーダ・スケールの軸穴
部と放射状のパターンは、同一のフォトマスク又は、互
いに位置決め可能な位置合わせマークを有する複数のフ
ォトマスクを用いて形成することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a rotation angle detecting device according to the present invention has a rotating shaft and a shaft hole through which the rotating shaft passes, and a radial pattern is formed. In an optical rotation angle detecting device having a disk-shaped encoder scale and a detection head unit having a pair of a light emitting element and a light receiving element for detecting rotation of the encoder scale, an encoder scale axis is provided. The hole and the radial pattern are formed using the same photomask or a plurality of photomasks having alignment marks that can be positioned with respect to each other.

【0012】半導体集積回路などの製造に用いられるフ
ォト・リソグラフィ法とイオンまたはプラズマを用いる
エッチング法を組み合わせ、格子パターンと軸穴部を同
一のフォトマスク、または互いに正確に位置決め可能な
フォトマスクを用いてエッチング加工を行えば、放射状
のパターンとエンコーダ・スケールの中心位置を正確に
一致させることができ、この方法で製作されたエンコー
ダ・スケールであれば、スケールの回転に伴う偏芯量を
パターンのピッチ寸法以内に押さえることができ、精度
の高い回転角検出装置が実現できる。
A photolithography method used in the manufacture of a semiconductor integrated circuit or the like is combined with an etching method using ions or plasma, and a lattice pattern and a shaft hole are made of the same photomask or a photomask capable of accurately positioning each other. By performing the etching process, the radial pattern and the center position of the encoder scale can be accurately matched, and with an encoder scale manufactured by this method, the amount of eccentricity due to the rotation of the scale can be reduced. The rotation angle can be held within the pitch dimension, and a highly accurate rotation angle detection device can be realized.

【0013】また、本発明における回転角検出装置は、
上記発明によるエンコーダ・スケールは、結晶性珪素材
料を主とする第1の層と、酸化珪素・窒化珪素または炭
化珪素などの珪素化合物を主とする第2の層と、の2層
から成り、逃げ部は第1の層に、軸穴部は第2の層に形
成されることを特徴とする。
Further, the rotation angle detecting device according to the present invention comprises:
The encoder scale according to the present invention includes two layers: a first layer mainly composed of a crystalline silicon material, and a second layer mainly composed of a silicon compound such as silicon oxide / silicon nitride or silicon carbide; The relief portion is formed in the first layer, and the shaft hole portion is formed in the second layer.

【0014】さらに本発明における回転角検出装置の製
造方法は、エンコーダ・スケールの軸穴部位置を、フォ
トマスクを用いるフォト・リソグラフィ法により形成
し、反応性イオン・エッチング法、イオンビーム・エッ
チング法又はプラズマ・エッチング法によりこれを加工
し、軸穴部より径の大きな逃げ部を湿式のエッチング法
によりエンコーダ・スケールに加工し、放射状のパター
ンを、フォトマスクを用いるフォト・リソグラフィ法に
よりエンコーダ・スケール上に形成し、前記軸穴部と前
記パターンは、同一のフォトマスク又は、互いに位置決
め可能な位置合わせマークを有する複数のフォトマスク
を用いて、エンコーダ・スケール上に形成されることを
特徴とする。
Further, in the method of manufacturing the rotation angle detecting device according to the present invention, the position of the shaft hole of the encoder scale is formed by a photolithography method using a photomask, and the reactive ion etching method and the ion beam etching method are used. Alternatively, this is processed by a plasma etching method, the relief part larger in diameter than the shaft hole is processed into an encoder scale by a wet etching method, and the radial pattern is formed by an encoder scale by a photolithography method using a photomask. And the shaft hole and the pattern are formed on an encoder scale using the same photomask or a plurality of photomasks having alignment marks that can be positioned with respect to each other. .

【0015】さらに本発明における回転角検出装置の製
造方法は、結晶性珪素材料を主とする第1の層と、酸化
珪素・窒化珪素または炭化珪素などの珪素化合物を主と
する第2の層と、の2層から成るエンコーダ・スケール
の、第2の層に、フォトマスクを用いるフォト・リソグ
ラフィ法により軸穴部位置を形成し、反応性イオン・エ
ッチング法、イオンビーム・エッチング法又はプラズマ
・エッチング法によりこれを加工し、第1の層に、珪素
に対するエッチング・レートが高く、珪素化合物に対す
るエッチング・レートが低い湿式のエッチング法により
軸穴部より径の大きな逃げ部を加工し、放射状のパター
ンを、フォトマスクを用いるフォト・リソグラフィ法に
よりエンコーダ・スケール上に形成し、前記軸穴部と前
記パターンは、同一のフォトマスク又は、互いに位置決
め可能な位置合わせマークを有するフォトマスクを用い
て、エンコーダ・スケール上に形成されることを特徴と
する。
Further, in the method of manufacturing a rotation angle detecting device according to the present invention, the first layer mainly composed of a crystalline silicon material and the second layer mainly composed of a silicon compound such as silicon oxide / silicon nitride or silicon carbide are provided. In the second layer of the encoder scale consisting of two layers, the position of the shaft hole is formed in the second layer by photolithography using a photomask, and reactive ion etching, ion beam etching, or plasma etching is performed. This is processed by an etching method, and the first layer is processed into a relief portion having a diameter larger than that of the shaft hole by a wet etching method in which an etching rate for silicon is high and an etching rate for a silicon compound is low. A pattern is formed on the encoder scale by a photolithography method using a photomask, and the shaft hole and the pattern are Photomask or by using a photomask having an alignment mark which can be positioned with respect to each other, characterized in that it is formed on the encoder scale.

【0016】エンコーダ・スケールの材質を珪素の層と
珪素化合物の層を有する構造とし、珪素化合物層に微細
かつ精密な加工が可能なイオンまたはプラズマを用いた
エッチング法を用いて軸穴部および格子パターンの形成
加工を行い、珪素の層はエッチング速度の速い湿式エッ
チングを用いて軸穴部より径の大きな逃げ部を加工す
る。あるいは、エッチング量を制御しやすい異方性エッ
チング法により結晶性珪素材料に、逃げ部を形成し、次
にプラズマ・エッチング法により格子パターンおよび軸
穴部を形成加工する。
The material of the encoder scale has a structure having a silicon layer and a silicon compound layer, and the shaft hole and the grid are formed by using an etching method using ions or plasma capable of finely and precisely processing the silicon compound layer. A pattern forming process is performed, and the silicon layer is processed into a relief portion having a larger diameter than the shaft hole portion by using wet etching with a high etching rate. Alternatively, a relief portion is formed in a crystalline silicon material by an anisotropic etching method in which an etching amount is easily controlled, and then a lattice pattern and a shaft hole portion are formed and processed by a plasma etching method.

【0017】イオンおよびプラズマ・エッチング法は、
高い精度でパターン形成加工を行うことができるが、エ
ッチング・レートが非常に小さいため、0.3mm以上
の厚みを有するエンコーダ・スケールを直接貫通する加
工を行うことが困難である。そこで、まずは湿式エッチ
ング法により珪素材料に逃げ部を形成し、次にプラズマ
・エッチング法により正確なパターン形成を行う。
The ion and plasma etching method comprises:
Although pattern forming processing can be performed with high accuracy, it is difficult to perform processing that directly penetrates an encoder scale having a thickness of 0.3 mm or more because the etching rate is extremely low. Therefore, first, an escape portion is formed in a silicon material by a wet etching method, and then an accurate pattern is formed by a plasma etching method.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1に、本発明における回転角検
出装置の実施例を、図2に、本発明におけるエンコーダ
・スケールの実施例を示す。
FIG. 1 shows an embodiment of a rotation angle detecting device according to the present invention, and FIG. 2 shows an embodiment of an encoder scale according to the present invention.

【0019】エンコーダ・スケール101は軸穴部14
3を有し、この軸穴部143に回転軸122が貫通して
いる。そして、エンコーダ・スケール101と回転軸1
22は、固定リング138および接着剤136で固定さ
れている。
The encoder scale 101 has a shaft hole 14.
3, and the rotating shaft 122 penetrates the shaft hole 143. Then, the encoder scale 101 and the rotating shaft 1
22 is fixed with a fixing ring 138 and an adhesive 136.

【0020】エンコーダ・スケール101は、結晶性珪
素材料を主とする珪素層135と、酸化珪素・窒化珪素
または炭化珪素などの珪素化合物を主とする珪素化合物
層141とから成る。珪素層135の逃げ部142の内
径は、回転軸122の外径より大きく、珪素化合物層1
41の軸穴部143の内径と、回転軸122の外径は、
ガタのない、例えばはめ合い公差となっている。そのた
め、エンコーダ・スケール101と回転軸122の中心
を正確に一致させることができ、偏芯が生じることがな
くなっている。エンコーダ・スケール101は、軸フラ
ンジ部137に当たるように、回転軸122に挿入する
ことで組み立てられる。
The encoder scale 101 is composed of a silicon layer 135 mainly composed of a crystalline silicon material and a silicon compound layer 141 mainly composed of a silicon compound such as silicon oxide / silicon nitride or silicon carbide. The inner diameter of the escape portion 142 of the silicon layer 135 is larger than the outer diameter of the rotating shaft 122, and
41 and the outer diameter of the rotating shaft 122 are:
There is no play, for example, a fitting tolerance. Therefore, the center of the encoder scale 101 and the center of the rotating shaft 122 can be accurately matched, and eccentricity does not occur. The encoder scale 101 is assembled by being inserted into the rotating shaft 122 so as to hit the shaft flange 137.

【0021】また、軸穴部143と格子パターン118
を同一のフォトマスク、あるいは正確に位置決め可能な
合わせパターンを有する複数のフォトマスクを用いて形
成することにより、回転動作時にパターンが偏芯するこ
とがなく、正確な検出が可能な回転角検出装置を作るこ
とができる。
The shaft hole 143 and the lattice pattern 118
Is formed using the same photomask or a plurality of photomasks having an alignment pattern that can be accurately positioned, so that the pattern is not decentered during the rotation operation, and a rotation angle detection device capable of accurate detection Can be made.

【0022】エンコーダ101の上下には、格子パター
ン118によりエンコーダの回転を検出する、対になっ
た発光素子201と受光素子202が、検出ヘッド部フ
レーム231に支持されている。そして、この検出ヘッ
ド部フレーム231は、取付板233により固定されて
いる。
Above and below the encoder 101, a pair of a light emitting element 201 and a light receiving element 202 for detecting rotation of the encoder by a lattice pattern 118 are supported by a detection head frame 231. The detection head unit frame 231 is fixed by a mounting plate 233.

【0023】図3に実施例のエンコーダ・スケールの加
工方法を示す。エンコーダ・スケール101の珪素層の
材料としては、半導体製造などで用いられる結晶性珪素
材料であるシリコン・ウェハを利用した。
FIG. 3 shows a method of processing the encoder scale according to the embodiment. As a material of the silicon layer of the encoder scale 101, a silicon wafer, which is a crystalline silicon material used in semiconductor manufacturing and the like, was used.

【0024】まず、図3(a)の珪素層(シリコン・ウ
ェハ)135に、図3(b)のように珪素化合物層14
1を形成する。実施例では、0.4mmの厚さのウェハ
を用いた。形成方法としては、酸化珪素膜に関しては熱
酸化法で形成することができるが、CVD法を用いるこ
とで、酸化珪素膜だけでなく、窒化珪素膜や炭化珪素膜
も形成することができる。実施例では珪素化合物層の厚
さを0.1mmとした。
First, as shown in FIG. 3B, a silicon compound layer 14 is formed on a silicon layer (silicon wafer) 135 shown in FIG.
Form one. In the example, a wafer having a thickness of 0.4 mm was used. As a formation method, a silicon oxide film can be formed by a thermal oxidation method; however, by using a CVD method, not only a silicon oxide film but also a silicon nitride film and a silicon carbide film can be formed. In the example, the thickness of the silicon compound layer was 0.1 mm.

【0025】次に、図3(c)に示すように、珪素層1
35に逃げ部142を湿式エッチング法により形成す
る。このとき、珪素と珪素化合物では化学的性質が異な
るため、適切なエッチング溶液を選択することにより、
珪素化合物層141のエッチング量を小さくできる。
Next, as shown in FIG.
An escape portion 142 is formed at 35 by a wet etching method. At this time, since chemical properties are different between silicon and a silicon compound, by selecting an appropriate etching solution,
The etching amount of the silicon compound layer 141 can be reduced.

【0026】さらに、図3(d)に示すように、珪素化
合物層141に軸穴部143をイオン・エッチング法ま
たはプラズマ・エッチング法により形成する。このと
き、図8(a)に示す格子パターン242と軸穴パター
ン243を有する同一のフォトマスク240を用いて、
軸穴部143と同時に格子パターン118を形成するこ
とにより、軸穴部143と格子パターン118の中心を
正確に一致させ、精度の高いエンコーダ・スケールを作
製することができる。本実施例においては、格子パター
ンのピッチ寸法を3μmとしたが、軸穴部の中心位置の
精度は3μm以内に形成可能であり、十分な精度が得ら
れる。
Further, as shown in FIG. 3D, a shaft hole 143 is formed in the silicon compound layer 141 by an ion etching method or a plasma etching method. At this time, the same photomask 240 having the grid pattern 242 and the shaft hole pattern 243 shown in FIG.
By forming the grid pattern 118 at the same time as the shaft hole 143, the center of the shaft hole 143 and the center of the grid pattern 118 can be accurately matched, and a highly accurate encoder scale can be manufactured. In this embodiment, the pitch dimension of the lattice pattern is 3 μm, but the accuracy of the center position of the shaft hole can be formed within 3 μm, and sufficient accuracy can be obtained.

【0027】また、図8(b)及び図8(c)のふたつ
のフォトマスクを用いて、軸穴部143と同時に格子パ
ターン118を形成することもできる。この場合には、
ふたつのフォトマスクそれぞれに位置合わせマーク24
1を設け、これらマークの位置合わせをすることで、軸
穴部143と格子パターン118の中心を一致させるこ
とが可能となる。
Also, the lattice pattern 118 can be formed simultaneously with the shaft hole 143 by using the two photomasks shown in FIGS. 8B and 8C. In this case,
Alignment mark 24 on each of two photomasks
1, and by aligning these marks, it becomes possible to make the center of the shaft hole 143 coincide with the center of the lattice pattern 118.

【0028】なお、エンコーダ・スケールの反射率を向
上させるために、エンコーダ・スケールの表面に金また
はアルミニウムなどの金属薄膜を蒸着などにより形成す
る場合もある。図4と図5に別の実施例の回転角検出装
置と実施例のエンコーダ・スケールを示す。
Incidentally, in order to improve the reflectance of the encoder scale, a metal thin film such as gold or aluminum may be formed on the surface of the encoder scale by vapor deposition or the like. FIGS. 4 and 5 show a rotation angle detecting device according to another embodiment and an encoder scale according to the embodiment.

【0029】図4に、本発明における回転角検出装置の
他の実施例を、図5に、本発明におけるエンコーダ・ス
ケールの他の実施例を示す。図4における回転角検出装
置のエンコーダ・スケール102は、図1と同様に、結
晶性珪素材料を主とする珪素層135と、酸化珪素・窒
化珪素または炭化珪素などの珪素化合物を主とする珪素
化合物層141とから成っている。このエンコーダ・ス
ケール102の表面に形成された格子パターン118
は、蒸着された金属薄膜をフォト・リソグラフィ法によ
り形成されたものである。
FIG. 4 shows another embodiment of the rotation angle detecting device according to the present invention, and FIG. 5 shows another embodiment of the encoder scale according to the present invention. As in FIG. 1, encoder scale 102 of the rotation angle detecting device in FIG. 4 includes a silicon layer 135 mainly composed of a crystalline silicon material and a silicon And a compound layer 141. Grating pattern 118 formed on the surface of encoder scale 102
Is formed by depositing a thin metal film by photolithography.

【0030】この場合も、上記実施例と同様に、図8に
示すような、同一のフォトマスク240や、マスク合わ
せマークを有した複数のフォトマスクを用いて、格子パ
ターン118と軸穴部143を形成することで、精度の
高いエンコーダ・スケールを作製することができる。蒸
着した金属薄膜を用いるため、更に微細なパターンを形
成することが可能となり、エンコーダ・スケールの分解
能を向上させることができる。
Also in this case, as in the above embodiment, the same photomask 240 or a plurality of photomasks having mask alignment marks as shown in FIG. , A highly accurate encoder scale can be manufactured. Since a vapor-deposited metal thin film is used, a finer pattern can be formed, and the resolution of the encoder scale can be improved.

【0031】図6には、エンコーダ・スケールの他の加
工方法を示す。図3の実施例に対し、格子パターン11
8が逃げ部142の裏面となる珪素化合物層141側に
形成されているものである。このように、格子パターン
118と逃げ部142の位置関係は、任意とすることも
可能である。
FIG. 6 shows another method of processing the encoder scale. Compared to the embodiment of FIG.
Numeral 8 is formed on the silicon compound layer 141 side which is the back surface of the escape portion 142. As described above, the positional relationship between the lattice pattern 118 and the escape portion 142 can be arbitrary.

【0032】次に、図7に本発明における回転角検出装
置の他の実施例を示す。図7において、エンコーダ・ス
ケール103は単結晶珪素材料144(シリコン・ウェ
ハ)を用いて作られている。実施例では、厚さ0.5m
mのシリコン・ウェハを用いた。まず、両面研磨された
円盤形状の単結晶珪素材料144に、異方性エッチング
法により逃げ部142を形成する。異方性エッチング法
は、エッチング時間によりエッチング深さを容易に制御
できるため、材料を貫通することなく底部が平坦な逃げ
部142を形成することが可能である。実施例では逃げ
部142の深さを0.4mmとした。
FIG. 7 shows another embodiment of the rotation angle detecting device according to the present invention. In FIG. 7, the encoder scale 103 is made using a single crystal silicon material 144 (silicon wafer). In the embodiment, the thickness is 0.5 m
m silicon wafers were used. First, a relief portion 142 is formed in a disk-shaped single-crystal silicon material 144 polished on both sides by an anisotropic etching method. In the anisotropic etching method, since the etching depth can be easily controlled by the etching time, the escape portion 142 having a flat bottom can be formed without penetrating the material. In the embodiment, the depth of the escape portion 142 is set to 0.4 mm.

【0033】次に、逃げ部142を形成した面の反対の
面に格子・パターン118および軸穴部を形成した。上
記実施例と同様に、図8に示すような、同一のフォトマ
スク240や、マスク合わせマークを有した複数のフォ
トマスクを用いて、形成することで、精度の高いエンコ
ーダ・スケールを作製することができる。
Next, the lattice pattern 118 and the shaft hole were formed on the surface opposite to the surface on which the escape portion 142 was formed. As in the above embodiment, by using the same photomask 240 or a plurality of photomasks having mask alignment marks as shown in FIG. 8, a highly accurate encoder scale can be manufactured. Can be.

【0034】[0034]

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、高い
分解能と精度を有するエンコーダ・スケールを作ること
が可能となり、高性能の回転角検出装置を比較的安価に
実現することができる。また、装置の組立時に、手間の
かかる位置調整を行う必要もなくなり、量産性が大幅に
向上する。
As described above, according to the present invention, it is possible to produce an encoder scale having high resolution and accuracy, and a high-performance rotation angle detecting device can be realized at relatively low cost. Further, it is not necessary to perform a complicated position adjustment at the time of assembling the apparatus, and mass productivity is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明における回転角検出装置の実施例であ
る。
FIG. 1 is an embodiment of a rotation angle detecting device according to the present invention.

【図2】本願発明におけるエンコーダ・スケールの実施
例である。
FIG. 2 is an embodiment of an encoder scale according to the present invention.

【図3】本願発明におけるエンコーダ・スケールの加工
方法の実施例である。
FIG. 3 is an embodiment of a method for processing an encoder scale according to the present invention.

【図4】本願発明における回転角検出装置の他の実施例
である。
FIG. 4 is another embodiment of the rotation angle detecting device according to the present invention.

【図5】本願発明におけるエンコーダ・スケールの他の
実施例である。
FIG. 5 is another embodiment of the encoder scale according to the present invention.

【図6】本願発明におけるエンコーダ・スケールの加工
方法の他の実施例である。
FIG. 6 is another embodiment of the encoder / scale processing method according to the present invention.

【図7】本願発明における回転角検出装置の他の実施例
である。
FIG. 7 shows another embodiment of the rotation angle detecting device according to the present invention.

【図8】本願発明におけるフォトマスクの実施例であ
る。
FIG. 8 is an embodiment of a photomask according to the present invention.

【図9】従来技術における回転角検出装置を示す。FIG. 9 shows a rotation angle detection device according to the prior art.

【図10】従来技術におけるエンコーダ・スケールを示
す。
FIG. 10 shows an encoder scale in the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 エンコーダ・スケール 102 エンコーダ・スケール 103 エンコーダ・スケール 118 格子パターン 122 回転軸 135 珪素層 136 接着剤 137 軸フランジ部 138 固定リング 141 珪素化合物層 142 逃げ部 143 軸穴部 144 単結晶性珪素材料 201 発光素子 202 受光素子 203 エンコーダ・スケール 217 金属薄膜 218 格子パターン 222 回転軸 231 検出ヘッド部フレーム 233 取り付け板 234 軸穴部 235 スケール固定用穴部 236 固定ネジ 237 軸フランジ部 238 固定リング 240 フォトマスク 241 位置合わせマーク 242 格子パターン 243 軸穴パターン 101 Encoder Scale 102 Encoder Scale 103 Encoder Scale 118 Lattice Pattern 122 Rotating Axis 135 Silicon Layer 136 Adhesive 137 Shaft Flange 138 Fixing Ring 141 Silicon Compound Layer 142 Escape 143 Shaft Hole 144 Monocrystalline Silicon Material 201 Light Emitting Element 202 Light receiving element 203 Encoder scale 217 Metal thin film 218 Lattice pattern 222 Rotating axis 231 Detection head frame 233 Mounting plate 234 Shaft hole 235 Scale fixing hole 236 Fixing screw 237 Shaft flange 238 Fixing ring 240 Photo mask 241 Position Alignment mark 242 Grid pattern 243 Shaft hole pattern

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転軸と、 前記回転軸を貫通させる軸穴部と、この軸穴部よりも径
の大きな逃げ部と、を有し、放射状のパターンが形成さ
れた円盤形状のエンコーダ・スケールと、 前記エンコーダ・スケールの回転を検出するための、対
になった発光素子と受光素子を有する検出ヘッド部と、
を有する光学式回転角検出装置において、 前記エンコーダ・スケールの軸穴部と放射状のパターン
は、同一のフォトマスク又は、互いに位置決め可能な位
置合わせマークを有する複数のフォトマスクを用いて形
成することを特徴とする回転角検出装置。
1. A disk-shaped encoder scale having a rotating shaft, a shaft hole penetrating the rotating shaft, and a relief portion having a diameter larger than the shaft hole, and having a radial pattern formed thereon. And, for detecting the rotation of the encoder scale, a detection head having a pair of light emitting element and light receiving element,
In the optical rotation angle detecting device having the above, the shaft hole and the radial pattern of the encoder scale are formed using the same photomask or a plurality of photomasks having alignment marks that can be positioned with respect to each other. Characteristic rotation angle detection device.
【請求項2】 前記エンコーダ・スケールは、 結晶性珪素材料を主とする第1の層と、 酸化珪素・窒化珪素または炭化珪素などの珪素化合物を
主とする第2の層と、の2層から成り、 前記逃げ部は第1の層に、 前記軸穴部は第2の層に形成されることを特徴とする請
求項1に記載の回転角検出装置。
2. The encoder scale has two layers: a first layer mainly composed of a crystalline silicon material; and a second layer mainly composed of a silicon compound such as silicon oxide / silicon nitride or silicon carbide. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the relief portion is formed in a first layer, and the shaft hole portion is formed in a second layer.
【請求項3】 エンコーダ・スケールの軸穴部位置を、
フォトマスクを用いるフォト・リソグラフィ法により形
成し、反応性イオン・エッチング法、イオンビーム・エ
ッチング法又はプラズマ・エッチング法によりこれを加
工し、 軸穴部より径の大きな逃げ部を湿式のエッチング法によ
りエンコーダ・スケールに加工し、 放射状のパターンを、フォトマスクを用いるフォト・リ
ソグラフィ法によりエンコーダ・スケール上に形成し、 前記軸穴部と前記パターンは、同一のフォトマスク又
は、互いに位置決め可能な位置合わせマークを有する複
数のフォトマスクを用いて、エンコーダ・スケール上に
形成されることを特徴とする回転角検出装置の製造方
法。
3. The position of the shaft hole of the encoder scale is
It is formed by photolithography using a photomask, processed by reactive ion etching, ion beam etching, or plasma etching, and the escape portion larger in diameter than the shaft hole is formed by wet etching. Processing into an encoder scale, a radial pattern is formed on the encoder scale by a photolithography method using a photomask, and the shaft hole portion and the pattern are aligned with the same photomask or relative to each other. A method for manufacturing a rotation angle detection device, wherein the rotation angle detection device is formed on an encoder scale using a plurality of photomasks having marks.
【請求項4】 結晶性珪素材料を主とする第1の層と、
酸化珪素・窒化珪素または炭化珪素などの珪素化合物を
主とする第2の層と、の2層から成るエンコーダ・スケ
ールの、第2の層に、フォトマスクを用いるフォト・リ
ソグラフィ法により軸穴部位置を形成し、反応性イオン
・エッチング法、イオンビーム・エッチング法又はプラ
ズマ・エッチング法によりこれを加工し、 第1の層に、珪素に対するエッチング・レートが高く、
珪素化合物に対するエッチング・レートが低い湿式のエ
ッチング法により軸穴部より径の大きな逃げ部を加工
し、 放射状のパターンを、フォトマスクを用いるフォト・リ
ソグラフィ法によりエンコーダ・スケール上に形成し、 前記軸穴部と前記パターンは、同一のフォトマスク又
は、互いに位置決め可能な位置合わせマークを有する複
数のフォトマスクを用いて、エンコーダ・スケール上に
形成されることを特徴とする回転角検出装置の製造方
法。
4. A first layer mainly composed of a crystalline silicon material,
A second layer mainly composed of a silicon compound such as silicon oxide / silicon nitride or silicon carbide; and a shaft hole formed by a photolithography method using a photomask on the second layer of the encoder scale composed of two layers. Forming a location and processing it by reactive ion etching, ion beam etching or plasma etching, the first layer having a high etching rate for silicon,
Forming a radial pattern on the encoder scale by a photolithography method using a photomask, processing a relief portion having a diameter larger than that of the shaft hole by a wet etching method having a low etching rate with respect to a silicon compound; The method of manufacturing a rotation angle detecting device, wherein the hole and the pattern are formed on an encoder scale using the same photomask or a plurality of photomasks having alignment marks that can be positioned with respect to each other. .
JP2000269622A 2000-09-06 2000-09-06 Rotary angle detector Pending JP2002081962A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000269622A JP2002081962A (en) 2000-09-06 2000-09-06 Rotary angle detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000269622A JP2002081962A (en) 2000-09-06 2000-09-06 Rotary angle detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002081962A true JP2002081962A (en) 2002-03-22

Family

ID=18756194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000269622A Pending JP2002081962A (en) 2000-09-06 2000-09-06 Rotary angle detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002081962A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005321219A (en) * 2004-05-06 2005-11-17 Mitsutoyo Corp Scale, scale manufacturing method, and optical displacement measuring device
CN1330941C (en) * 2003-06-12 2007-08-08 夏普株式会社 Rotation detector
JP2010181181A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Canon Inc Scale, displacement detection apparatus provided with the same, and imaging apparatus provided with the same
KR101166317B1 (en) 2010-12-24 2012-07-18 재단법인 부산테크노파크 An optical rotary encoder with an anti-reflection coating layer and the manufacturing method of the same
JP2016536577A (en) * 2013-10-01 2016-11-24 レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company Method for manufacturing an electronic component

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1330941C (en) * 2003-06-12 2007-08-08 夏普株式会社 Rotation detector
JP2005321219A (en) * 2004-05-06 2005-11-17 Mitsutoyo Corp Scale, scale manufacturing method, and optical displacement measuring device
JP2010181181A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Canon Inc Scale, displacement detection apparatus provided with the same, and imaging apparatus provided with the same
US8488131B2 (en) 2009-02-03 2013-07-16 Canon Kabushiki Kaisha Scale, displacement detection apparatus provided with the same, and imaging apparatus provided with the same
KR101166317B1 (en) 2010-12-24 2012-07-18 재단법인 부산테크노파크 An optical rotary encoder with an anti-reflection coating layer and the manufacturing method of the same
JP2016536577A (en) * 2013-10-01 2016-11-24 レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company Method for manufacturing an electronic component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11733533B2 (en) Fabrication of diffraction gratings
US5927263A (en) Method for manufacturing completely circular semiconductor wafers
US7323352B2 (en) Process for making light waveguide element
CN102741155B (en) Structure manufacturing method and liquid discharge head substrate manufacturing method
EP0707236B1 (en) Masks with low stress multilayer films and a process for controlling the stress of multilayer films
US5989760A (en) Method of processing a substrate utilizing specific chuck
JP2002081962A (en) Rotary angle detector
WO2013185605A1 (en) Alignment mark and fabrication method thereof
CN112048707A (en) Film graphical fixture tool and application method thereof
JP4358583B2 (en) Scale manufacturing method
JP4376679B2 (en) Planar actuator manufacturing method
JP2001227990A (en) Rotation angle detection device and manufacturing method therefore
KR19990011457A (en) Manufacturing method of stencil mask for semiconductor device manufacturing
JPH03235321A (en) Mask for x-ray exposure
JP3273157B2 (en) X-ray mask manufacturing jig and X-ray mask manufacturing method using the same
WO2020018635A1 (en) Substrate positioning apparatus and methods
JP2009188118A (en) Epitaxial wafer and its manufacturing method
US20090279172A1 (en) Microelectromechanical lamellar grating
KR100892066B1 (en) Micro mirror and manufacturing method thereof
WO2024055712A1 (en) Double-sided superlens processing method
JP4497364B2 (en) Alignment method and alignment apparatus in proximity exposure
JP2007523486A (en) How to make a small substrate with excellent processability
JPH0722629A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH05126624A (en) Optical vibration sensor
WO2023187834A1 (en) Method for fabricating silicon chip carriers using wet bulk micromachining for ir detector applications

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20040303