JP2005315649A - Detection device and stage device - Google Patents

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慧 清野
Yoshiyuki Tomita
良幸 冨田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection device and a stage device capable of detecting the state of the five degrees of freedom of the stage by using a standard lattice having an easily manufacturable shape, and improving detection accuracy, concerning the detection device and the stage device for detecting the state of the stage moved highly accurately. <P>SOLUTION: The state to the standard lattice 40 is detected based on a change of a plurality of reflected lights 337 by a detection means 14 equipped with a light source part 330 for irradiating light 331 toward the standard lattice 40, a spectroscopic means 332 for spectrally diffracting the light 331 into a plurality of reflected lights 333 by a plurality of apertures, and a detector 339 for receiving the plurality of reflected lights 337 in whole. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、検出装置及びステージ装置に係り、特に高精度に可動されるステージの状態の検出を行う検出装置及びステージ装置に関する。   The present invention relates to a detection apparatus and a stage apparatus, and more particularly to a detection apparatus and a stage apparatus that detect the state of a stage that is movable with high accuracy.

IT技術の根幹である半導体デバイスの高集積化、低価格化に対応し、半導体デバイスを製造する半導体露光装置に対する高生産性、高精度化、高速化等の要求が高まっている。半導体露光装置のキーコンポーネントであるXYステージには10nm前後の精度と数百mmの移動範囲を持った高速多自由度ステージ装置が要求される。そのため、ステージの多自由度位置と姿勢を精密に計測し、その結果をフィードバックしてステージの位置決め制御を行うことが必要となる。   In response to the high integration and low price of semiconductor devices that are the foundation of IT technology, there is an increasing demand for high productivity, high accuracy, high speed, and the like for semiconductor exposure apparatuses that manufacture semiconductor devices. An XY stage, which is a key component of a semiconductor exposure apparatus, requires a high-speed multi-degree-of-freedom stage apparatus having an accuracy of around 10 nm and a moving range of several hundred mm. Therefore, it is necessary to precisely measure the multi-degree-of-freedom position and orientation of the stage and feed back the result to control the positioning of the stage.

従来の位置決め装置の位置計測方式としては,光学式リニアエンコーダ、レーザ測長機やオートコリメータ等が一般的に用いられてきた。これらは,基本的には1次元の長さあるいは姿勢測定を基本原理としており、その複数軸の組み合わせによって、位置あるいは姿勢の計測を行っていた。   As a position measuring method of a conventional positioning device, an optical linear encoder, a laser length measuring device, an autocollimator, or the like has been generally used. These are basically based on a one-dimensional length or posture measurement, and the position or posture is measured by a combination of a plurality of axes.

また、高精度計測に用いられているレーザ干渉計では、レーザ光を用いてステージ(位置決め対象物)の位置の計測を行うため、ステージの置かれている装置内の空気の揺らぎなどによって、計測の値精度が低下するという問題があった。また、光学部品をステージの外部にしか置くことができないため、ステージ装置全体が大型化し、煩雑となるなどの問題点がある。   Laser interferometers used for high-accuracy measurement measure the position of the stage (positioning object) using laser light, so measurement is based on air fluctuations in the device where the stage is placed. There was a problem that the accuracy of the value of was lowered. In addition, since the optical component can be placed only outside the stage, there is a problem that the entire stage apparatus becomes large and complicated.

さらに、ステージがZ軸回りに回転した場合には、ステージからの反射光が干渉計の受光部から外れて、XY方向の位置検出ができなくなるという問題があった。このような問題を解決する検出装置として、基準格子にレーザ光を照射し、基準格子により反射される反射光をXY方向の2次元角度を2次元角度センサーにより検出するものがある(例えば、特許文献1参照。)。   Further, when the stage rotates about the Z axis, there is a problem that the reflected light from the stage is detached from the light receiving portion of the interferometer, and the position in the XY directions cannot be detected. As a detection apparatus that solves such a problem, there is an apparatus that irradiates a reference grating with laser light and detects reflected light reflected by the reference grating with a two-dimensional angle sensor in an XY direction (for example, a patent) Reference 1).

図1は、基準格子と2次元角度センサーとを有した検出装置の概略図である。図1に示すように、従来の検出装置300では、1本の2次元角度センサー290の出力変化によりXY方向の位置の検出を行っていた。   FIG. 1 is a schematic diagram of a detection apparatus having a reference grating and a two-dimensional angle sensor. As shown in FIG. 1, the conventional detection apparatus 300 detects the position in the XY directions based on the output change of one two-dimensional angle sensor 290.

ここでの2次元角度センサー290は、基準格子の面の傾斜を検出するものであり、これにより基準格子の面の法線方向の変化を見ることができ、2次元角度センサー290により、XY方向(2方向)の傾斜または法線変化を検出することができる。基準格子320は、平面上の直交する2方向(X方向及びY方向)に既知の関数で変化する山と谷とが集合してなるもののことであり、基準格子320の形状には、正弦波が用いられる。   Here, the two-dimensional angle sensor 290 detects the inclination of the surface of the reference grating, whereby the change in the normal direction of the surface of the reference grating can be seen, and the two-dimensional angle sensor 290 can detect the XY direction. A tilt or normal change in (two directions) can be detected. The reference grating 320 is a collection of peaks and valleys that change with a known function in two orthogonal directions (X direction and Y direction) on a plane. The shape of the reference grating 320 includes a sine wave. Is used.

次に、図2を参照して、図1に示した2次元角度センサー290について説明する。図2は、2次元角度センサーを示した図である。2次元角度センサー290は、オートコリメーション法に基づいた幾何光学的なセンサーである。   Next, the two-dimensional angle sensor 290 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a two-dimensional angle sensor. The two-dimensional angle sensor 290 is a geometric optical sensor based on an autocollimation method.

図2に示すように、レーザ光源301から照射された1本のレーザ光310は、偏光ビームスプリッタ302と1/4波長板303を通過し、基準格子320の表面に入射する。基準格子320の表面で反射されたレーザ光312は偏光ビームスプリッタ302で反射され、レーザ光312はオートコリメータ305に入射する。オートコリメータ305は、対物レンズ306とスポット位置を検出する検出器307とを含んだ構成とされている。
特開平8−199115号公報
As shown in FIG. 2, one laser beam 310 emitted from the laser light source 301 passes through the polarization beam splitter 302 and the quarter wavelength plate 303 and enters the surface of the reference grating 320. The laser beam 312 reflected by the surface of the reference grating 320 is reflected by the polarization beam splitter 302, and the laser beam 312 enters the autocollimator 305. The autocollimator 305 includes an objective lens 306 and a detector 307 that detects a spot position.
JP-A-8-199115

しかしながら、上記オートコリメーション法では、対物レンズ306の焦点にある標板(一般には十字線)を無限遠に結像させて、対物レンズ306の先にある平面鏡によって反射された平行光線を標板面に共役な位置に結像させ、結像した十字線の面内の変位から平面鏡の微小な角度の変位を読み取るため、オートコリメータ305等の高価でかつ複雑な部品を必要とし、検出装置300のコストが高くなってしまうという問題があった。   However, in the autocollimation method described above, a standard plate at the focal point of the objective lens 306 (generally a cross line) is imaged at infinity, and parallel rays reflected by a plane mirror at the tip of the objective lens 306 are reflected on the standard plate surface. In order to read the displacement at a minute angle of the plane mirror from the displacement in the plane of the imaged cross line, an expensive and complicated part such as the autocollimator 305 is required. There was a problem that the cost would be high.

また、高分解能の位置検出を行うため、基準格子320とマルチスポットとの周期が短くなるにつれ、光の干渉と回折によって幾何光学的な原理が成立しない可能性があるため、精度良く検出することが困難であるという問題があった。また、2次元の変位(X方向及びY方向の変位)と3つの姿勢変化(X軸に対する回転方向、Y軸に対する回転方向、及びZ軸に対する回転方向)との5つの自由度の状態について検出するためには、3つの2次元角度センサー300が必要となり、センサー間の調整が難しいという問題があった。   In addition, since high-resolution position detection is performed, the geometrical optical principle may not be established due to light interference and diffraction as the period between the reference grating 320 and the multi-spot becomes shorter. There was a problem that was difficult. It also detects five degrees of freedom: two-dimensional displacement (displacement in the X and Y directions) and three posture changes (rotational direction with respect to the X axis, rotational direction with respect to the Y axis, and rotational direction with respect to the Z axis). In order to do so, three two-dimensional angle sensors 300 are required, and there is a problem that adjustment between the sensors is difficult.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、製造しやすい形状の基準格子を用いて、ステージの5つの自由度の状態の検出を容易に行うことができ、かつ検出の精度を向上することのできる検出装置及びステージ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to easily detect the state of the five degrees of freedom of the stage by using a reference grid having a shape that is easy to manufacture, and to improve the detection accuracy. It is an object of the present invention to provide a detection device and a stage device that can be used.

上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized by the following measures.

請求項1記載の発明では、2次元方向に対して周期的な形状の変化を有した基準格子と、前記基準格子に向けて光を照射する光源と、複数の開口部を有し、該複数の開口部により前記光源から照射された光を複数の光に分光する分光手段と、前記基準格子で反射された複数の反射光を一括して受光する検出器を有した検出手段とを備え、前記検出手段は、前記検出器が受光する前記複数の反射光の変化に基づいて、前記基準格子に対する状態を検出することを特徴とする検出装置により、解決できる。   The invention according to claim 1 includes a reference grating having a periodic shape change in a two-dimensional direction, a light source that emits light toward the reference grating, and a plurality of openings. A spectroscopic means for splitting the light emitted from the light source into a plurality of lights by the opening, and a detection means having a detector for collectively receiving the plurality of reflected lights reflected by the reference grating, The detection means can solve the problem by detecting a state with respect to the reference grating based on changes in the plurality of reflected lights received by the detector.

上記発明によれば、分光手段により分光された複数の光を基準格子に照射し、基準格子から反射された複数の反射光を一括して検出器で受光し、検出手段は複数の反射光の変化に基づき、状態の検出を行うため、複数の光が照射された基準格子のうちのどれかに欠陥があった際でも、他の正常な基準格子に照射された複数の光の反射光の変化に基づいて状態の検出を行うことができるので、従来の1つの光を照射し、その反射光に基づいて状態の検出を行う場合と比較して、状態の検出を精度良く行うことができる。   According to the above invention, the reference grating is irradiated with a plurality of lights dispersed by the spectroscopic means, the plurality of reflected lights reflected from the reference grating are collectively received by the detector, and the detecting means receives the plurality of reflected lights. In order to detect the state based on the change, even if there is a defect in any of the reference gratings irradiated with a plurality of lights, the reflected light of the plurality of lights irradiated on other normal reference gratings Since the state can be detected based on the change, it is possible to detect the state with higher accuracy than in the case where the conventional one light is irradiated and the state is detected based on the reflected light. .

請求項2記載の発明では、前記検出器は、複数のフォトダイオードにより構成されており、前記複数の反射光を受光する前記検出手段の面の中央に、X軸を回転軸とする回転移動による状態の検出、及びY軸を回転軸とする回転移動による状態の検出を行うための4個のフォトダイオードを少なくとも有したことを特徴とする請求項1に記載の検出装置により、解決できる。   According to a second aspect of the present invention, the detector is composed of a plurality of photodiodes, and is rotationally moved about the X axis as a rotation axis at the center of the surface of the detection means that receives the plurality of reflected lights. The detection apparatus according to claim 1, comprising at least four photodiodes for detecting a state and detecting a state by a rotational movement with the Y axis as a rotation axis.

上記発明によれば、複数の反射光を受光する検出手段の面の中央に4個のフォトダイオードを設けることで、X軸を回転軸とする回転移動の状態の検出、及びY軸を回転軸とする回転移動の状態の検出を行うことができる。   According to the above invention, by providing four photodiodes in the center of the surface of the detecting means for receiving a plurality of reflected lights, detection of the rotational movement state with the X axis as the rotation axis, and the Y axis as the rotation axis The state of rotational movement can be detected.

請求項3記載の発明では、前記検出手段の面の四隅に、Z軸を回転軸とする回転移動による状態の検出を行うための2個一組とされたフォトダイオードとを少なくとも有したことを特徴とする請求項1または2に記載の検出装置により、解決できる。   According to a third aspect of the present invention, at least four photodiodes for detecting a state by rotational movement with the Z axis as a rotation axis are provided at four corners of the surface of the detection means. This can be solved by the detection device according to claim 1 or 2.

上記発明によれば、検出手段の面の四隅に2個一組とされたフォトダイオードを設けることで、Z軸を回転軸とする回転移動の状態の検出を行うことができる。   According to the above invention, by providing two photodiodes at the four corners of the surface of the detection means, it is possible to detect the state of rotational movement with the Z axis as the rotation axis.

請求項4記載の発明では、前記検出器には、電荷結合素子(CCD)を用いることを特徴とする請求項1に記載の検出装置により、解決できる。   According to a fourth aspect of the present invention, a charge coupled device (CCD) is used as the detector. The detection apparatus according to the first aspect can solve the problem.

上記発明によれば、検出器として、電荷結合素子(CCD)を用いることにより、基準格子で反射された複数の反射光を一括して受光して、検出手段により複数の反射光の変化に基づいて、基準格子に対する状態を検出することができる。   According to the above invention, by using a charge coupled device (CCD) as a detector, a plurality of reflected lights reflected by the reference grating are received in a lump, and based on a change in the plurality of reflected lights by the detecting means. Thus, the state with respect to the reference grid can be detected.

請求項5記載の発明では、前記基準格子は、該基準格子の中心軸に対して対称となる形状に構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の検出装置により、解決できる。   5. The detection according to claim 1, wherein the reference grating is configured in a shape that is symmetric with respect to a central axis of the reference grating. It can be solved by the device.

上記発明によれば、基準格子の中心軸に対して対称となる形状に基準格子を構成することで、従来の2次元方向に対して正弦波の形状を有した基準格子よりも容易に基準格子を製造することができる。   According to the above invention, the reference grating is configured in a shape that is symmetric with respect to the central axis of the reference grating, so that it is easier than the reference grating having a sinusoidal shape with respect to the conventional two-dimensional direction. Can be manufactured.

請求項6記載の発明では、ベースと、前記ベース上を移動するステージと、前記ステージを駆動させるモータと、前記ステージを前記ベースに対して浮上させる浮上装置と、前記ステージの状態を検出する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の検出装置とを備えることを特徴とするステージ装置により、解決できる。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a base, a stage that moves on the base, a motor that drives the stage, a levitating device that levitates the stage relative to the base, and a state of the stage that is detected. It can solve by the stage apparatus provided with the detection apparatus as described in any one of claim | item 1 thru | or 5.

上記発明によれば、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の検出装置により、ベースに対するステージの状態を精度良く検出することができる。   According to the above invention, the state of the stage relative to the base can be detected with high accuracy by the detection apparatus according to any one of claims 1 to 4.

請求項7記載の発明では、前記モータには、平面モータを用い、前記浮上装置には、エアーベアリングを用いたことを特徴とする請求項6に記載のステージ装置により、解決できる。   The invention according to claim 7 can be solved by the stage device according to claim 6, wherein a planar motor is used as the motor and an air bearing is used as the levitation device.

上記発明によれば、モータに平面モータを適用し、浮上装置にエアーベアリングを用いた装置においても、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の検出装置により、ベースに対するステージの状態を精度良く検出することができる。   According to the above invention, even in a device in which a flat motor is applied to the motor and an air bearing is used as the levitation device, the state of the stage with respect to the base is accurately determined by the detection device according to any one of claims 1 to 5. It can be detected well.

本発明は、製造しやすい形状の基準格子を用いて、ステージの5つの自由度の状態の検出を容易に行うことができ、かつ検出の精度を向上することのできる検出装置及びステージ装置を提供することができる。   The present invention provides a detection device and a stage device that can easily detect the state of the five degrees of freedom of the stage and improve the detection accuracy by using a reference grid that is easy to manufacture. can do.

次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施例)
始めに、図3乃至図4を参照して、本発明の第1実施例による検出装置をステージ装置に適用した場合を例に挙げて説明する。ステージ装置230は、駆動装置として平面モータであるSAWYERモータを有した装置である。図3は、本発明の第1実施例による検出装置を備えたステージ装置の断面図であり、図4は、図3に示した領域Bに対応した構成部分の平面図である。
(First embodiment)
First, a case where the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied to a stage apparatus will be described as an example with reference to FIGS. The stage device 230 is a device having a SAWYER motor that is a planar motor as a driving device. FIG. 3 is a cross-sectional view of the stage apparatus including the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan view of a component corresponding to the region B shown in FIG.

ステージ装置230は、大略するとベース231と、ステージ236と、検出装置249とにより構成されている。ベース231の表面には、所定のピッチで複数の凸部232が形成されている。この所定のピッチが、可動ステージ237が移動される際の最小単位となる。また、ベース231は、鉄などの金属により製造されている。ステージ236は、大略すると可動ステージ部237と、固定ステージ部239と、チャック241と、X方向アクチュエータ242A,242Bと、Y方向アクチュエータ243A,243Bと、チルト駆動部245とにより構成されている。   The stage device 230 generally includes a base 231, a stage 236, and a detection device 249. A plurality of convex portions 232 are formed on the surface of the base 231 at a predetermined pitch. This predetermined pitch is the minimum unit when the movable stage 237 is moved. The base 231 is manufactured from a metal such as iron. The stage 236 is generally composed of a movable stage part 237, a fixed stage part 239, a chuck 241, X-direction actuators 242A and 242B, Y-direction actuators 243A and 243B, and a tilt drive part 245.

可動ステージ部237は、X方向アクチュエータ242A,242BとY方向アクチュエータ243A,243Bとにより駆動されるベース部分である。図4に示すように、可動ステージ部237の下方には、X方向アクチュエータ242A,242Bと、Y方向アクチュエータ243A,243Bとが配設されており、中央部には空間が形成されている。X方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bは、それぞれ複数のコイル部244と、エアーベアリング238とにより構成されている。このコイル部244に電流を印加することで、コイル部244に磁力が発生し、推進力が生じて可動ステージ部237は駆動される。   The movable stage portion 237 is a base portion that is driven by the X-direction actuators 242A and 242B and the Y-direction actuators 243A and 243B. As shown in FIG. 4, X-direction actuators 242A and 242B and Y-direction actuators 243A and 243B are disposed below the movable stage portion 237, and a space is formed at the center. Each of the X direction actuators 242A and 242B and the Y direction actuators 243A and 243B includes a plurality of coil portions 244 and an air bearing 238. By applying a current to the coil unit 244, a magnetic force is generated in the coil unit 244, and a propulsive force is generated to drive the movable stage unit 237.

エアーベアリング238は、エアーの力によりX方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bをベース231に対して浮かすためのものである。このエアーベアリング238を設けることで、可動ステージ部237がX,X方向、又はY,Y方向、或いはZ軸を回転軸とする回転方向に駆動された際、いずれの方向に対しても自在に移動することができる。   The air bearing 238 is for floating the X direction actuators 242A and 242B and the Y direction actuators 243A and 243B with respect to the base 231 by the force of air. By providing this air bearing 238, when the movable stage 237 is driven in the X, X direction, the Y, Y direction, or the rotation direction with the Z axis as the rotation axis, it can be freely operated in any direction. Can move.

チルト駆動部245は、X方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bと可動ステージ部237との間にそれぞれ設けられている。チルト駆動部245は、可動ステージ237の水平位置出しを行うためのものである。固定ステージ部239は、可動ステージ部237上に一体的に配設されている。固定ステージ部239は、X方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bを用いて可動ステージ部237を駆動させることで、所望の位置に移動される。固定ステージ部239上には、ワーク248を装着するためのチャック241が配設されている。   The tilt drive unit 245 is provided between the X direction actuators 242A and 242B and the Y direction actuators 243A and 243B and the movable stage unit 237, respectively. The tilt driving unit 245 is for performing horizontal positioning of the movable stage 237. The fixed stage unit 239 is integrally disposed on the movable stage unit 237. The fixed stage unit 239 is moved to a desired position by driving the movable stage unit 237 using the X direction actuators 242A and 242B and the Y direction actuators 243A and 243B. On the fixed stage portion 239, a chuck 241 for mounting the work 248 is disposed.

ここで、図5を参照して、可動ステージ部237の駆動方法について説明する。図5は、可動ステージの駆動方向とX方向及びY方向アクチュエータの推進力との関係を模式的に示した平面図である。可動ステージ部237をX,X方向に移動させる場合には、図5(a)に示すように、可動ステージ部237を移動させたいX,X方向に対してX方向アクチュエータ242A,242Bの推進力が生じるように、X方向アクチュエータ242A,242Bに設けられたコイル部244に電流を印加する。   Here, with reference to FIG. 5, the driving method of the movable stage part 237 is demonstrated. FIG. 5 is a plan view schematically showing the relationship between the driving direction of the movable stage and the driving force of the X-direction and Y-direction actuators. When the movable stage unit 237 is moved in the X and X directions, as shown in FIG. 5A, the propulsive force of the X direction actuators 242A and 242B with respect to the X and X directions to which the movable stage unit 237 is to be moved. Current is applied to the coil portion 244 provided in the X-direction actuators 242A and 242B.

可動ステージ部237をY,Y方向に移動させる場合には、図5(b)に示すように、可動ステージ部237を移動させたいY,Y方向に対してY方向アクチュエータ243A,243Bの推進力が生じるように、Y方向アクチュエータ243A,243Bに設けられたコイル部244に電流を印加する。また、Z軸を回転軸として、可動ステージ部237をE方向又はD方向)に回転移動させる場合には、図5(c)又は(d)に示すようなX方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bの推進力が生じるよう、X方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bに設けられたコイル部244に電流を印加する。   When the movable stage unit 237 is moved in the Y and Y directions, as shown in FIG. 5B, the propulsive force of the Y direction actuators 243A and 243B with respect to the Y and Y directions to which the movable stage unit 237 is to be moved. Current is applied to the coil portion 244 provided in the Y-direction actuators 243A and 243B. Further, when the movable stage portion 237 is rotated in the E direction or the D direction with the Z axis as the rotation axis, the X direction actuators 242A, 242B and the Y direction as shown in FIG. A current is applied to the coil portions 244 provided in the X-direction actuators 242A and 242B and the Y-direction actuators 243A and 243B so that the driving force of the actuators 243A and 243B is generated.

そして、固定ステージ部239がベース231上の所望の位置に移動した際、コイル部244に対しての電流の印加をストップさせて、固定ステージ部239の位置を固定する。なお、可動ステージ237は、先に述べたように、ベース231の表面に設けられた凸部232のピッチを最小単位として移動される。   When the fixed stage unit 239 moves to a desired position on the base 231, application of current to the coil unit 244 is stopped to fix the position of the fixed stage unit 239. Note that the movable stage 237 is moved with the pitch of the convex portions 232 provided on the surface of the base 231 as the minimum unit, as described above.

検出装置249は、可動ステージ部237の底部に設けられた検出手段14と、後述する目盛ユニット233とにより構成されている。この検出装置249は、可動ステージ237の状態の測定を行う機能を奏する。ここでの「状態」とは、Z軸を回転軸とする回転移動の状態と、X,X方向への移動の状態と、X軸を回転軸とする回転移動の状態と、Y,Y方向への移動の状態と、Y軸を回転軸とする回転移動の状態とを含んでおり、少なくともこれら5つの自由度の状態のことである。検出装置249は、大略すると目盛ユニット233と、検出手段14とにより構成されている。   The detection device 249 includes a detection means 14 provided at the bottom of the movable stage 237 and a scale unit 233 described later. This detection device 249 has a function of measuring the state of the movable stage 237. Here, the “state” means a state of rotational movement with the Z axis as the rotational axis, a state of movement in the X and X directions, a state of rotational movement with the X axis as the rotational axis, and the Y and Y directions. And at least these five degrees of freedom. The detection device 249 is generally composed of a scale unit 233 and detection means 14.

まず、検出装置249の内、図6及び図7を参照して、目盛ユニット233について説明する。図6は、図3に示した領域Cに対応した構成部分の拡大図であり、図7は、目盛部及び検出手段を示した図である。目盛ユニット233は、ベース231に設けられた凸部232上に配設されている。目盛ユニット233は、目盛部13と、上部樹脂252と、下部樹脂253とにより構成されている。目盛部13は、基部41と基準格子40とにより構成されている。   First, the scale unit 233 of the detection device 249 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is an enlarged view of a component corresponding to the region C shown in FIG. 3, and FIG. 7 is a diagram showing a scale portion and detection means. The scale unit 233 is disposed on the convex portion 232 provided on the base 231. The scale unit 233 includes a scale portion 13, an upper resin 252, and a lower resin 253. The scale portion 13 includes a base 41 and a reference lattice 40.

基部41には、角度に関する性質がX−Y方向の2次元方向に既知の関数(本実施例では正弦波の山と谷の集合)で変化する複数の基準格子40が所定のピッチFで設けられている。目盛部13の上面には、上部樹脂252が設けられており、目盛部13の下面には、下部樹脂253が設けられている。上部樹脂252及び下部樹脂253は、目盛部13が外力を受けて破損することを防止するためのものである。なお、上部樹脂252には、光の透過性の良いものを用いる。   The base 41 is provided with a plurality of reference gratings 40 having a predetermined pitch F in which the property related to the angle changes in a known function (in this embodiment, a set of peaks and valleys of a sine wave) in the two-dimensional direction in the XY direction. It has been. An upper resin 252 is provided on the upper surface of the scale portion 13, and a lower resin 253 is provided on the lower surface of the scale portion 13. The upper resin 252 and the lower resin 253 are for preventing the scale portion 13 from being damaged due to an external force. As the upper resin 252, a material having good light transmittance is used.

次に、検出装置249を構成する検出手段14について、図3乃至図4を参照して説明する。検出手段14は、X方向アクチュエータ242A,242B及びY方向アクチュエータ243A,243Bに囲まれた可動ステージ部237の底面部の空間に配設された構成とされている。   Next, the detection means 14 which comprises the detection apparatus 249 is demonstrated with reference to FIG. 3 thru | or FIG. The detection means 14 is configured to be disposed in the space of the bottom surface portion of the movable stage portion 237 surrounded by the X direction actuators 242A and 242B and the Y direction actuators 243A and 243B.

このように、基準格子40に近接した位置である可動ステージ部237の底面部に検出手段14を設けることにより、従来のレーザ干渉計と比較して空気の揺らぎ等の外乱の影響を受けにくくすることができ、正確な固定ステージ239の位置を得ることができる。   As described above, by providing the detection means 14 on the bottom surface of the movable stage 237 at a position close to the reference grating 40, it is less susceptible to disturbances such as air fluctuations as compared with the conventional laser interferometer. And an accurate position of the fixed stage 239 can be obtained.

図8は、検出手段の概略構成と目盛部とを示した図である。検出手段14は、大略すると光源部330と、分光板332と、偏向ビームスプリッタ334と、1/4波長板336と、集束用レンズ338と、検出器339とを有した構成とされている。光源部330は、幅を有した光331を照射するためのものである。分光板332は、光源部330から照射された光331の進行方向側(図8においての下方)に設けられている。   FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the detection means and a scale portion. In general, the detection unit 14 includes a light source unit 330, a spectroscopic plate 332, a deflection beam splitter 334, a quarter wavelength plate 336, a focusing lens 338, and a detector 339. The light source unit 330 is for irradiating light 331 having a width. The spectroscopic plate 332 is provided on the traveling direction side (downward in FIG. 8) of the light 331 emitted from the light source unit 330.

図9は、分光板の平面図である。図9に示すように本実施例では、分光板332に9つの開口部341A〜341Iが格子状に形成されている。分光板332は、光源部330から照射された光331を開口部341A〜341Iにより、9つの光333に分光するためのものである。   FIG. 9 is a plan view of the spectroscopic plate. As shown in FIG. 9, in this embodiment, nine openings 341 </ b> A to 341 </ b> I are formed in a lattice shape in the spectroscopic plate 332. The spectroscopic plate 332 is for splitting the light 331 emitted from the light source unit 330 into nine lights 333 through the openings 341A to 341I.

開口部341A〜341Iは、基部41の表面上または面内に所定のピッチFで配設された基準格子40と同じピッチFとなるように形成されている。また、分光板332の開口部341A〜341Iで回折した9つの光333は、互いに干渉して、基準格子40上で基準格子40の配設ピッチと等間隔、または配設ピッチの整数倍の間隔でマルチスポットが生成される。   The openings 341 </ b> A to 341 </ b> I are formed so as to have the same pitch F as that of the reference grating 40 disposed at a predetermined pitch F on the surface of the base 41 or in the plane. Further, the nine lights 333 diffracted by the openings 341A to 341I of the spectroscopic plate 332 interfere with each other, and are arranged on the reference grating 40 at an equal interval to the arrangement pitch of the reference grating 40 or an interval that is an integral multiple of the arrangement pitch. A multi-spot is generated.

偏向ビームスプリッタ334は、分光板332と目盛部13との間に設けられている。偏向ビームスプリッタ334は、基準格子40の表面で反射された反射光337が集束用レンズ338に向かうようにするためのものである。集束用レンズ338は、偏向ビームスプリッタ334と検出器339との間に設けられており、反射光337を検出器339に対して集束させるためのものである。   The deflecting beam splitter 334 is provided between the spectroscopic plate 332 and the scale unit 13. The deflecting beam splitter 334 is for causing the reflected light 337 reflected by the surface of the reference grating 40 to go to the focusing lens 338. The focusing lens 338 is provided between the deflecting beam splitter 334 and the detector 339, and focuses the reflected light 337 with respect to the detector 339.

次に、図10を参照して、検出器339について説明する。図10は、図8に示した検出手段をG視した図である。なお、同図中に一点鎖線で示した丸は、それぞれのフォトダイオードに到達した反射光337A〜337Iを示している。検出器339は、その受光面339Aにフォトダイオード350A〜350H、及びフォトダイオード351〜354とを備えた構成とされている。   Next, the detector 339 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a G view of the detection unit shown in FIG. Note that the circles indicated by alternate long and short dash lines in the figure indicate the reflected lights 337A to 337I that have reached the respective photodiodes. The detector 339 is configured to include photodiodes 350A to 350H and photodiodes 351 to 354 on the light receiving surface 339A.

フォトダイオード350A〜350H、及びフォトダイオード351〜354は、反射光337A〜337Iを一括して受光するためのものである。検出器339は、一括して受光した反射光337A〜337Iの変化、具体的には反射光337A〜337Iの強度や反射光337A〜337Iが照射されるフォトダイオード350A〜350H、及びフォトダイオード351〜354上の位置に基づいて、基準格子40に対する固定ステージ239の状態を検出するためのものである。   The photodiodes 350A to 350H and the photodiodes 351 to 354 are for collectively receiving the reflected light 337A to 337I. The detector 339 includes changes in the reflected light 337A to 337I received in a batch, specifically, the intensity of the reflected light 337A to 337I and the photodiodes 350A to 350H irradiated with the reflected light 337A to 337I, and the photodiodes 351 to 351. This is for detecting the state of the fixed stage 239 with respect to the reference grating 40 based on the position on the 354.

受光面339Aは、反射光337A〜337Iを受光する側の面である。受光面339Aは、略正方形の形状をしており、その中心部には、4つのフォトダイオード350E〜350Hが配設されている。   The light receiving surface 339A is a surface on the side receiving the reflected lights 337A to 337I. The light receiving surface 339A has a substantially square shape, and four photodiodes 350E to 350H are disposed at the center thereof.

受光面339Aの4つの角部付近には、フォトダイオード351〜354が形成されている。具体的には、図10中の受光面339Aの左上角部にはフォトダイオード351、受光面339Aの左下角部にはフォトダイオード352、受光面339Aの右下角部にはフォトダイオード353、受光面339Aの右上角部にはフォトダイオード354がそれぞれ配設されている。   Photodiodes 351 to 354 are formed in the vicinity of the four corners of the light receiving surface 339A. Specifically, a photodiode 351 is provided at the upper left corner of the light receiving surface 339A in FIG. 10, a photodiode 352 is provided at the lower left corner of the light receiving surface 339A, and a photodiode 353 is provided at the lower right corner of the light receiving surface 339A. Photodiodes 354 are disposed in the upper right corner of 339A.

フォトダイオード351は、三角形状をしたフォトダイオード351I,351Jを組み合わせることにより構成され、フォトダイオード352は、三角形状をしたフォトダイオード352L,352Kを組み合わせることにより構成されている。また、フォトダイオード353は、三角形状をしたフォトダイオード353M,353Nを組み合わせることにより構成され、フォトダイオード354は、三角形状をしたフォトダイオード354O,354Pを組み合わせることにより構成されている。   The photodiode 351 is configured by combining triangular photodiodes 351I and 351J, and the photodiode 352 is configured by combining triangular photodiodes 352L and 352K. The photodiode 353 is configured by combining triangular photodiodes 353M and 353N, and the photodiode 354 is configured by combining triangular photodiodes 354O and 354P.

フォトダイオード350Aは、フォトダイオード351とフォトダイオード352とを結ぶ線上の中間位置に設けられており、フォトダイオード350Bは、フォトダイオード352とフォトダイオード353とを結ぶ線上の中間位置に設けられている。また、フォトダイオード350Cは、フォトダイオード353とフォトダイオード354とを結ぶ線上の中間位置に設けられており、フォトダイオード350Dは、フォトダイオード351とフォトダイオード354とを結ぶ線上の中間位置に設けられている。   The photodiode 350A is provided at an intermediate position on the line connecting the photodiode 351 and the photodiode 352, and the photodiode 350B is provided at an intermediate position on the line connecting the photodiode 352 and the photodiode 353. The photodiode 350C is provided at an intermediate position on the line connecting the photodiode 353 and the photodiode 354, and the photodiode 350D is provided at an intermediate position on the line connecting the photodiode 351 and the photodiode 354. Yes.

同図に示すように、フォトダイオード351〜354、及びフォトダイオード350A〜350Dの各フォトダイオードに対しても、反射光337A〜337D又は反射光337F〜337Iのいずれかが照射される。本実施例では、検出器339が受光する反射光337A〜337Iの位置の変化により、固定ステージ部239の状態の検出を行う。なお、具体的な状態の検出方法については後述する。   As shown in the drawing, each of the photodiodes 351 to 354 and the photodiodes 350A to 350D is also irradiated with either the reflected light 337A to 337D or the reflected light 337F to 337I. In the present embodiment, the state of the fixed stage portion 239 is detected by the change in the position of the reflected light 337A to 337I received by the detector 339. A specific state detection method will be described later.

続いて、基準格子40を用い、上記検出器339により5つの自由度の状態の検出が可能かどうかの確認のために行ったシミュレーション結果について説明する。   Subsequently, a simulation result performed for confirming whether or not the detector 339 can detect a state of five degrees of freedom using the reference grid 40 will be described.

図11は、シミュレーションに用いた検出手段のモデルを示した図である。なお、同図では検出手段14の内部構成を直線方向に並べ模式的に示している。また、図11において、図8に示した検出手段と同一構成部分には同一符号を付す。   FIG. 11 is a diagram showing a model of the detection means used in the simulation. In the figure, the internal configuration of the detecting means 14 is schematically shown in a linear direction. In FIG. 11, the same components as those of the detecting means shown in FIG.

始めに、検出器339で見られる反射光337のスポット強度分布を計算式より求める。その際、検出手段14を構成部品毎に分けて、その構成部品毎の関数を繋ぎ合わせて計算を行う。具体的には、図11に示すように、分光板332と、基準格子40と、集束用レンズ338と、検出器339と、それらの間の空間とに分けることができる。   First, the spot intensity distribution of the reflected light 337 seen by the detector 339 is obtained from a calculation formula. At that time, the detection means 14 is divided for each component, and the calculation is performed by connecting the functions for each component. Specifically, as shown in FIG. 11, it can be divided into a spectral plate 332, a reference grating 40, a focusing lens 338, a detector 339, and a space between them.

分光板332の持つ波面関数g(x,y)は、開口部341A〜341Iにおいて1となり、開口部341A〜341I以外の領域においては0となり、下記(1)式で示される。   The wavefront function g (x, y) of the spectroscopic plate 332 is 1 in the openings 341A to 341I and 0 in the region other than the openings 341A to 341I, and is expressed by the following equation (1).

次に、基準格子40の位相関数G(x,y)について説明する。基準格子40に入射する光333は、反射光337となり元の光路を戻る。そこで、図12に示すように、9つの光333及び反射光337の光路を1方向として、基準格子40の位相関数G(x,y)を考えることができる。 Next, the phase function G (x, y) of the reference grating 40 will be described. Light 333 incident on the reference grating 40 becomes reflected light 337 and returns to the original optical path. Thus, as shown in FIG. 12, the phase function G (x, y) of the reference grating 40 can be considered with the optical paths of the nine lights 333 and the reflected light 337 as one direction.

図12は、基準格子の位相関数を説明するための図である。基準格子40の形状をh(x,y)とすると、点(x,y)に入射した光333は基準格子40の底辺の点t’に入射した光に比べて2h(x,y)だけ光路長が短くなる。よって基準格子40の位相関数G(x,y)は、下記(2)式で示される。なお、下記(2)式に含まれるkは、光の波数、Aは基準格子40の振幅、Pは基準格子40波長をそれぞれ示している。   FIG. 12 is a diagram for explaining the phase function of the reference grating. Assuming that the shape of the reference grating 40 is h (x, y), the light 333 incident on the point (x, y) is only 2h (x, y) compared to the light incident on the point t ′ at the bottom of the reference grating 40. The optical path length is shortened. Therefore, the phase function G (x, y) of the reference grating 40 is expressed by the following equation (2). In the following equation (2), k represents the wave number of light, A represents the amplitude of the reference grating 40, and P represents the wavelength of the reference grating 40.

次に、集束用レンズ338の位相関数L(x,y)は、集束用レンズ338の焦点距離をfとして,下記(3)式で示される。集束用レンズ338には、入射場所によって位相を変えて光を集光する働きがある。 Next, the phase function L (x, y) of the focusing lens 338 is expressed by the following equation (3), where f is the focal length of the focusing lens 338. The focusing lens 338 has a function of condensing light by changing the phase depending on the incident location.

光の空間の伝播について説明する。光の空間の伝播は、フレネル回折でモデル化される。観察面での波をu(x,y)、伝播開始面の波をu(x,y)、開始面から観察面までの距離をzとすると、観察面での波であるu(x,y)は、下記(4)式のように示すことができる。 The propagation of light space will be described. The propagation of light in space is modeled by Fresnel diffraction. If the wave on the observation surface is u (x, y), the wave on the propagation start surface is u 0 (x, y), and the distance from the start surface to the observation surface is z, u (x , Y) can be expressed by the following equation (4).

ここでF[v(x,y)]は、v(x,y)の2次元フーリエ変換である。λは、光の波長である。 Here, F [v (x, y)] is a two-dimensional Fourier transform of v (x, y). λ is the wavelength of light.

図11に示すように、光学系の構成部分を一直線上に並べ、分光板332に入射する光の複素振幅をU(x,y)、検出器339上(フォトダイオード350A〜350H上、及びフォトダイオード351〜354上)の複素振幅をU(x,y)、分光板332と基準格子40との間隔をZ、基準格子40と集束用レンズ338との間隔をZ(=f)と定義すると、スポット強度分布I(x,y)は、以下に示すように求めることができ、下記(5)式のようになる。 As shown in FIG. 11, the components of the optical system are arranged in a straight line, and the complex amplitude of light incident on the spectroscopic plate 332 is set to U A (x, y), on the detector 339 (on the photodiodes 350A to 350H, and The complex amplitude of the photodiodes 351 to 354) is U D (x, y), the distance between the spectroscopic plate 332 and the reference grating 40 is Z 1 , and the distance between the reference grating 40 and the focusing lens 338 is Z 2 (= f ), The spot intensity distribution I (x, y) can be obtained as shown below and is expressed by the following equation (5).

次に、基準格子40に対して5つの自由度の移動が生じた際のスポット強度分布I(x,y)の変化について説明する。X軸方向とY軸方向とに対するそれぞれの変位量をΔx,Δyとし、Z軸を回転軸として回転移動する際の回転角度をθz(ヨーイング角)、X軸を回転軸として回転移動する際の回転角度をθx(ローリング角)、Y軸を回転軸として回転移動する際の回転角度をθy(ピッチング角)とすると、下記(6)式が得られる。 Next, a change in the spot intensity distribution I (x, y) when the movement of five degrees of freedom occurs with respect to the reference lattice 40 will be described. The amounts of displacement with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction are Δx and Δy, the rotation angle when rotating about the Z axis as the rotation axis is θz (yaw angle), and when rotating about the X axis as the rotation axis When the rotation angle is θx (rolling angle) and the rotation angle when rotating about the Y axis as the rotation axis is θy (pitching angle), the following equation (6) is obtained.

式(6)を式(5)に代入し、計算することで基準格子40に5つの自由度の運動が生じたときのI(x,y)の変化を求めることができる。また、後述するシミュレーションで用いる光333の複素振幅U(x,y)の分布は、下記(7)式で示され、複素振幅U(x,y)の分布を図示したものが図13である。図13は、分光板に入射する光の複素振幅U(x,y)の分布を示した図である。 By substituting equation (6) into equation (5) and calculating, it is possible to obtain a change in I (x, y) when a motion of five degrees of freedom occurs in the reference lattice 40. Further, the distribution of the complex amplitude U A (x, y) of the light 333 used in the simulation described later is expressed by the following equation (7), and the distribution of the complex amplitude U A (x, y) is illustrated in FIG. It is. FIG. 13 is a diagram showing the distribution of the complex amplitude U A (x, y) of the light incident on the spectroscopic plate.

図14は、第1実施例のシミュレーション条件を示した図であり、図15は、スポット強度分布I(x,y)の変化をシミュレーションした結果を示した図である。なお、X1方向は、X軸に対して直交する方向、Y1方向はY軸に対して直交する方向、Z1方向はX1,Y1方向に直交する方向を示している。 FIG. 14 is a diagram showing the simulation conditions of the first embodiment, and FIG. 15 is a diagram showing the result of simulating the change of the spot intensity distribution I (x, y). The X1 direction indicates a direction orthogonal to the X axis, the Y1 direction indicates a direction orthogonal to the Y axis, and the Z1 direction indicates a direction orthogonal to the X1 and Y1 directions.

次に、図16乃至図17に示したシミュレーション結果を参照して、基準格子40に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分布の変化について説明する。図16は、基準格子に対してX軸方向に移動体(可動ステージ237)が変位した際のスポット強度分布をX1視(図15参照)した図であり、図17は、基準格子に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をY1視(図15参照)した図である。   Next, with reference to the simulation results shown in FIGS. 16 to 17, the change in the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the X-axis direction with respect to the reference grating 40 will be described. FIG. 16 is a view showing the spot intensity distribution when the movable body (movable stage 237) is displaced in the X-axis direction with respect to the reference grating as viewed in X1 (see FIG. 15). FIG. It is the figure which looked at Y1 (refer FIG. 15) spot intensity distribution when a moving body displaces to a X-axis direction.

図16に示すように、X軸方向に移動体が変位した際には、X1方向から見たスポット強度分布370A〜370Eのうちの中心に位置するスポット強度分布370Cの両側にあるスポット強度分布370A,370B,370D,370Eの大きさが変化していることが分かる。一方、図17に示すように、Y1方向からスポット強度分布371A〜371Eを見た際には、Δx(X軸方向の変位)の値が変化しても5つのスポット強度分布371A〜371Eの大きさに変化は見られない。   As shown in FIG. 16, when the moving body is displaced in the X-axis direction, spot intensity distributions 370A on both sides of the spot intensity distribution 370C located at the center of the spot intensity distributions 370A to 370E viewed from the X1 direction. , 370B, 370D, and 370E change. On the other hand, as shown in FIG. 17, when the spot intensity distributions 371A to 371E are viewed from the Y1 direction, the magnitudes of the five spot intensity distributions 371A to 371E are large even if the value of Δx (displacement in the X-axis direction) changes. There is no change.

上記シミュレーション結果から、X軸方向に移動体が変位した際には、X1方向からスポット強度分布370A,370B,370D,370Eをモニターすることで、移動体のX軸方向に対する移動距離及び位置(座標)の検出が可能であることが推察される。具体的には、X軸方向に移動体が変位した際には、受光面339Aに設けられた2つのフォトダイオード350A,350C(図10参照)が受光する反射光337D,337Fのスポット強度分布をモニターすることで、移動体のX軸方向に対する移動距離及び位置(座標)を検出可能であることが分かった。   From the above simulation results, when the moving body is displaced in the X-axis direction, by monitoring the spot intensity distributions 370A, 370B, 370D, and 370E from the X1 direction, the moving distance and position (coordinates) of the moving body in the X-axis direction are monitored. ) Can be detected. Specifically, when the moving body is displaced in the X-axis direction, the spot intensity distributions of the reflected lights 337D and 337F received by the two photodiodes 350A and 350C (see FIG. 10) provided on the light receiving surface 339A are obtained. It was found that the moving distance and position (coordinates) of the moving body with respect to the X-axis direction can be detected by monitoring.

なお、図示していないが、シミュレーション結果から、Y軸方向に移動体が変位した際には、Y1方向から5本のスポット強度分布のうちの中心に位置するスポット強度分布の両側にある2つ(合計4つ)のスポット強度分布の大きさが変化すること判明した。よって、Y軸方向に移動体が変位した際には、受光面339Aに設けられた2つのフォトダイオード350B,350D(図10参照)により、反射光337B,337Dのスポット強度をモニターすることで、移動体のY軸方向に対する移動距離及び位置(座標)を検出可能であることが分かった。   Although not shown, when the moving body is displaced in the Y-axis direction from the simulation results, the two on the both sides of the spot intensity distribution located at the center of the five spot intensity distributions from the Y1 direction. It was found that the size of (total 4) spot intensity distributions changed. Therefore, when the moving body is displaced in the Y-axis direction, the spot intensity of the reflected light 337B, 337D is monitored by the two photodiodes 350B, 350D (see FIG. 10) provided on the light receiving surface 339A. It was found that the moving distance and position (coordinates) of the moving body with respect to the Y-axis direction can be detected.

次に、図18に示したシミュレーション結果を参照して、Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位(回転移動)した際のスポット強度分布の変化について説明する。図18は、Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をZ1視した図(図15参照)である。なお、図18において、θzは、ヨーイング角(Z軸を回転軸とする角度)を示している。   Next, changes in the spot intensity distribution when the moving body is displaced (rotated) in the rotation direction with the Z axis as the rotation axis will be described with reference to the simulation results shown in FIG. FIG. 18 is a diagram (see FIG. 15) of the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction with the Z axis as the rotation axis, as viewed from Z1. In FIG. 18, θz represents a yawing angle (an angle with the Z axis as the rotation axis).

図18(c)に示すように、θz=0arcsecの場合には、4隅に反射される反射光337A,337C,337G,337Iの位置は、中央の反射光337Eの位置を中心として時計回り,反時計回りどちらにも回転していないことが分かる。また、図18(a),(b)に示すように、Z軸を回転軸として移動体がマイナス方向(反時計回り)に回転移動した場合には、4隅に反射される反射光337A,337C,337G,337Iの位置は、中央のピーク337Eを中心として反時計回りに回転していることが分かる。   As shown in FIG. 18C, when θz = 0 arcsec, the positions of the reflected lights 337A, 337C, 337G, and 337I reflected at the four corners are clockwise around the position of the center reflected light 337E, It turns out that it is not rotating counterclockwise. As shown in FIGS. 18A and 18B, when the moving body rotates in the minus direction (counterclockwise) about the Z axis as a rotation axis, the reflected light 337A reflected at the four corners, It can be seen that the positions of 337C, 337G, and 337I rotate counterclockwise around the central peak 337E.

また、図18(d),(e)に示すように、Z軸を回転軸として移動体がプラス方向(時計回り)に回転移動した場合には、4隅に反射される反射光337A,337C,337G,337Iの位置は、中央の反射光337Eの位置を中心として時計回りに回転することが分かる。さらに、図18(a),(b),(c),(d),(e)に示した反射光337A,337C,337G,337Iのそれぞれの位置は異なっていることから、受光面339Aの四隅に設けられたフォトダイオード351〜354(図10参照)により、反射光337A,337C,337G,337Iの位置をZ1方向からモニターすることで、Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際の移動体の位置、移動量及び回転角度などの検出が可能であることが分かった。   As shown in FIGS. 18D and 18E, when the moving body rotates in the plus direction (clockwise) with the Z axis as the rotation axis, the reflected lights 337A and 337C reflected at the four corners. , 337G and 337I rotate clockwise around the position of the central reflected light 337E. Furthermore, since the positions of the reflected lights 337A, 337C, 337G, and 337I shown in FIGS. 18A, 18B, 18C, and 18E are different, the light receiving surface 339A By monitoring the positions of the reflected light 337A, 337C, 337G, and 337I from the Z1 direction by the photodiodes 351 to 354 (see FIG. 10) provided at the four corners, the moving body is rotated in the rotation direction with the Z axis as the rotation axis. It was found that it is possible to detect the position, amount of movement, and rotation angle of the moving body when displaced.

次に、図19乃至図22に示したシミュレーション結果を参照して、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位(回転移動)した際のスポット強度分布の変化について説明する。図19は、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をX1視(図15参照)した図であり、図20は、図19の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。また、図21は、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をY1視(図15参照)した図であり、図22は、図21の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。なお、図19乃至図22において、θyは、ピッチング角(Y軸を回転軸とする角度)を示している。   Next, with reference to the simulation results shown in FIGS. 19 to 22, changes in the spot intensity distribution when the moving body is displaced (rotated) in the rotation direction with the Y axis as the rotation axis will be described. FIG. 19 is a view showing the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction with the Y axis as the rotation axis (see FIG. 15), and FIG. 20 is a spot intensity located at the center of FIG. It is the figure which expanded distribution. FIG. 21 is a diagram showing the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction about the Y axis as a rotation axis (see FIG. 15), and FIG. 22 is located at the center of FIG. It is the figure which expanded spot intensity distribution. 19 to 22, θy represents a pitching angle (an angle with the Y axis as the rotation axis).

図20に示すように、Y軸を回転軸としてプラス方向(時計回り)に移動体が変位(回転移動)した際、X1方向から見たスポット強度分布375CのX軸方向の位置は同図の左側に移動し、Y軸を回転軸としてマイナス方向(反時計回り)に移動体が変位(回転)した際、X1方向から見たスポット強度分布375CのX軸方向の位置は同図の右側に移動する。   As shown in FIG. 20, when the moving body is displaced (rotated) in the plus direction (clockwise) with the Y axis as the rotation axis, the position in the X axis direction of the spot intensity distribution 375C viewed from the X1 direction is the same as that shown in FIG. When moving to the left and the moving body is displaced (rotated) in the negative direction (counterclockwise) about the Y axis as the rotation axis, the position of the spot intensity distribution 375C in the X axis direction viewed from the X1 direction is on the right side of the figure. Moving.

一方、図22に示すように、Y軸を回転軸として移動体が変位(プラス方向及びマイナス方向の回転)した際、Y1方向から見たスポット強度分布380CのY軸方向の位置は全く変化していない。なお、スポット分布強度分布375CがX軸方向に移動する際、スポット分布強度分布375A,375Bも一体的に移動する。   On the other hand, as shown in FIG. 22, when the moving body is displaced (rotation in the plus direction and minus direction) with the Y axis as the rotation axis, the position in the Y axis direction of the spot intensity distribution 380C viewed from the Y1 direction is completely changed. Not. Note that when the spot distribution intensity distribution 375C moves in the X-axis direction, the spot distribution intensity distributions 375A and 375B also move together.

このことから、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際には、受光面339Aの中心に設けられた4つのフォトダイオード350E〜350H(図10参照)により、X1方向から見たスポット強度分布375CのX軸方向の位置(反射光337Eの位置)をモニターすることで、移動体のY軸回りの回転角度を検出が可能なことが分かった。なお、図示していないシミュレーション結果から、X軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際も、受光面339Aの中心に設けられた4つのフォトダイオード350E〜350Hにより受光される反射光337E(スポット強度分布375C)のY軸方向の位置をモニターすることで、移動体のX軸回りの回転角度θx(ローリング角)の検出が可能であることが分かった。   Therefore, when the moving body is displaced in the rotation direction with the Y axis as the rotation axis, the four photodiodes 350E to 350H (see FIG. 10) provided at the center of the light receiving surface 339A can be viewed from the X1 direction. It was found that the rotation angle of the movable body around the Y axis can be detected by monitoring the position of the spot intensity distribution 375C in the X axis direction (the position of the reflected light 337E). Note that, from the simulation results not shown, the reflected light received by the four photodiodes 350E to 350H provided at the center of the light receiving surface 339A even when the moving body is displaced in the rotation direction with the X axis as the rotation axis. It was found that the rotation angle θx (rolling angle) around the X axis of the moving body can be detected by monitoring the position in the Y axis direction of 337E (spot intensity distribution 375C).

次に、図23乃至図25を参照して、上記シミュレーション結果を踏まえて、移動体の状態の検出方法について説明する。図23は、基準格子に対して移動体がX軸方向に変位した際の検出方法を説明するための図である。なお、図23において、スポット強度分布385Dは反射光337Dに対応したスポット強度分布を示しており、スポット強度分布385Fは反射光337Fに対応したスポット強度分布を示している。   Next, with reference to FIGS. 23 to 25, a method for detecting the state of the moving object will be described based on the simulation result. FIG. 23 is a diagram for explaining a detection method when the moving body is displaced in the X-axis direction with respect to the reference lattice. In FIG. 23, a spot intensity distribution 385D indicates a spot intensity distribution corresponding to the reflected light 337D, and a spot intensity distribution 385F indicates a spot intensity distribution corresponding to the reflected light 337F.

図23に示すように,基準格子40に対して移動体がX軸方向に移動すると、フォトダイオード350A,350Cが受光する反射光337D,337Fのスポット強度分布385D,385Fの大きさが変化する。ここで、フォトダイオード350Aの出力をI350A、フォトダイオード350Cの出力をI350Cとすると、基準格子40に対する移動体のX軸方向の変位量ΔXは、S=(I350C−I350A)/(I350C+I350A)から求めることができる。また、基準格子40に対して移動体がY軸方向に移動した場合には、フォトダイオード350Bの出力をI350B、フォトダイオード350Dの出力をI350Dとすると、基準格子40に対する移動体のY軸方向の変位量ΔYは、S=(I350D−I350B)/(I350D+I350B)から求めることができる。 As shown in FIG. 23, when the moving body moves in the X-axis direction with respect to the reference grating 40, the magnitudes of the spot intensity distributions 385D and 385F of the reflected lights 337D and 337F received by the photodiodes 350A and 350C change. Here, assuming that the output of the photodiode 350A is I 350A and the output of the photodiode 350C is I 350C , the displacement ΔX in the X-axis direction of the moving body with respect to the reference grating 40 is S X = (I 350C −I 350A ) / It can be obtained from (I 350C + I 350A ). Further, when the moving body with respect to the reference grating 40 is moved in the Y-axis direction, a photodiode 350B for outputting a I 350B, the output of the photodiode 350D When I 350D, the Y axis of the moving body with respect to the reference grating 40 The displacement amount ΔY in the direction can be obtained from S Y = (I 350D −I 350B ) / (I 350D + I 350B ).

図24は、基準格子に対して移動体がY軸を回転軸として回転した際の検出方法を説明するための図である。なお、図24において、スポット強度分布385Eは、反射光337Eに対応したスポット強度分布を示している。図24に示すように,基準格子40に対して移動体がY軸を回転軸として回転すると、3つの反射光337D〜337Fに対応したスポット強度分布385D〜385Eの位置が全体的にX軸方向に移動する。この際の移動量は、オートコリメーション法に従う。この移動量は、受光面339Aの中心に設けられた4つのフォトダイオード350E〜350Hにより検出することができる。   FIG. 24 is a diagram for explaining a detection method when the moving body rotates with the Y axis as the rotation axis with respect to the reference lattice. In FIG. 24, a spot intensity distribution 385E indicates a spot intensity distribution corresponding to the reflected light 337E. As shown in FIG. 24, when the moving body rotates with respect to the reference grating 40 using the Y axis as the rotation axis, the positions of the spot intensity distributions 385D to 385E corresponding to the three reflected lights 337D to 337F are entirely in the X axis direction. Move to. The amount of movement at this time follows the autocollimation method. This amount of movement can be detected by the four photodiodes 350E to 350H provided at the center of the light receiving surface 339A.

ここで、フォトダイオード350Eの出力をI350E、フォトダイオード350Fの出力をI350F、フォトダイオード350Gの出力をI350G、フォトダイオード350Hの出力をI350Hとすると、SqY=(I350G+I350H−I350E−I350F)/(I350E+I350F+I350G+I350H)からX軸方向の移動量を求めることができ、求めたX軸方向の移動量からθy(ピッチング角)を求めることができる。同様に、SqX=(I350F+I350G−I350E−I350H)/(I350E+I350F+I350G+I350H)よりY軸方向の移動量が求めることができ、求めたY軸方向の移動量からθx(ローリング角)を求めることができる。 Here, photodiode 350E outputs the I 350E, photodiodes 350F of the output I 350F, a photodiode output of 350G I 350G, the output of the photodiode 350H When I 350H, S qY = (I 350G + I 350H - The amount of movement in the X-axis direction can be obtained from I 350E -I 350F ) / (I 350E + I 350F + I 350G + I 350H ), and θy (pitching angle) can be obtained from the obtained amount of movement in the X-axis direction. Similarly, S qX = (I 350F + I 350G -I 350E -I 350H) / (I 350E + I 350F + I 350G + I 350H) than can the amount of movement in the Y-axis direction is determined, the moving amount of the obtained Y-axis direction From this, θx (rolling angle) can be obtained.

図25は、基準格子に対して移動体がZ軸を回転軸として回転した際の検出方法を説明するための図である。基準格子40に対して移動体がZ軸を回転軸として回転すると、先の図18で説明したように4つの反射光337A,337C,337G,337Iの位置が中央の反射光337Eの位置を中心に回転する。   FIG. 25 is a diagram for explaining a detection method when the moving body rotates with respect to the reference lattice about the Z axis as a rotation axis. When the moving body rotates with respect to the reference grating 40 using the Z axis as a rotation axis, the positions of the four reflected lights 337A, 337C, 337G, and 337I are centered on the position of the central reflected light 337E as described above with reference to FIG. Rotate to.

ここで、フォトダイオード351Iの出力をI351I、フォトダイオード351Jの出力をI351J、フォトダイオード351Kの出力をI351k、フォトダイオード351Lの出力をI351L、フォトダイオード351Mの出力をI351M、フォトダイオード351Nの出力をI351N、フォトダイオード351Oの出力をI351O、フォトダイオード351Pの出力をI351Pとすると、SqZ={(I351J+I351L+I351N+I351P)−(I351I+I351k+I351M+I351O)}/(I351I+I351J+I351k+I351L+I351M+I351N+I351O+I351P)より回転量を求めることができ,この回転量の値からθz(ヨーイング角)を求めることができる。 Here, photodiode 351I outputs an I 351I, photodiode outputs I 351J of 351J photodiode outputs I 351K of 351K, a photodiode output I 351L of 351L, photodiode outputs of 351M I 351M, photodiode output I 351N of 351N, photodiode 351O the output I 351O, the output of the photodiode 351P When I 351P, S qZ = {( I 351J + I 351L + I 351N + I 351P) - (I 351I + I 351k + I 351M + I 351O)} / (I 351I + I 351J + I 351k + I 351L + I 351M + I 351N + I 351O + I 351P) rotation amount can be obtained from, [theta] z from the value of the rotation amount ( Yawing angle).

次に、図26に示すような寸法で構成された検出器339を用いた場合に5つの自由度の状態に対して検出が可能かどうかのシミュレーションを行った。図26は、シミュレーションで用いた検出器の寸法を示した図である。   Next, a simulation was performed as to whether or not detection is possible with respect to a state of five degrees of freedom when a detector 339 having a size as shown in FIG. 26 is used. FIG. 26 is a diagram showing the dimensions of the detector used in the simulation.

図27は、X軸方向に0μmから100μmまで5μmずつ駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。図27に示すように、X軸方向用駆動信号に対して、X軸方向に関する出力は正弦波を描くように変化するが、Y軸方向の出力、ピッチ方向の出力、ロール方向の出力、及びヨー方向の出力に関しては、X軸用駆動信号に対しての変化は見られない。このことから、移動体のX軸方向の状態の検出が可能なことが分かる。   FIG. 27 is a diagram illustrating a simulation result when a drive signal is input so as to drive in a 5 μm increment from 0 μm to 100 μm in the X-axis direction. As shown in FIG. 27, the output in the X-axis direction changes so as to draw a sine wave with respect to the X-axis direction drive signal, but the output in the Y-axis direction, the output in the pitch direction, the output in the roll direction, and Regarding the output in the yaw direction, there is no change with respect to the X-axis drive signal. From this, it can be seen that the state of the moving body in the X-axis direction can be detected.

図28は、Y軸方向に0μmから100μmまで5μmずつ駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。図28に示すように、Y軸方向用駆動信号に対して、Y軸方向に関する出力は正弦波を描くように変化するが、X軸方向の出力、ピッチ方向の出力、ロール方向の出力、及びヨー方向の出力に関しては、Y軸用駆動信号に対しての変化は見られない。このことから、移動体のY軸方向の状態の検出が可能なことが分かる。   FIG. 28 is a diagram showing a simulation result when a drive signal is input so as to drive from 0 μm to 100 μm by 5 μm in the Y-axis direction. As shown in FIG. 28, the output in the Y-axis direction changes to draw a sine wave with respect to the drive signal for the Y-axis direction, but the output in the X-axis direction, the output in the pitch direction, the output in the roll direction, and Regarding the output in the yaw direction, there is no change with respect to the Y-axis drive signal. From this, it can be seen that the state of the moving body in the Y-axis direction can be detected.

図29は、ピッチ方向に−20arcsecから+20arcsecまで2arcsecずつ駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。図29に示すように、ピッチ方向用駆動信号に対して、ピッチ方向に関する出力は右肩上がりに変化するが、X軸方向の出力、Y軸方向の出力、ロール方向の出力、及びヨー方向の出力に関しては、ピッチ用駆動信号に対しての変化は見られない。このことから、移動体のピッチ方向の状態の検出が可能なことが分かる。   FIG. 29 is a diagram showing a simulation result when a drive signal is input so as to drive every 2 arcsec from −20 arcsec to +20 arcsec in the pitch direction. As shown in FIG. 29, with respect to the pitch direction drive signal, the output related to the pitch direction changes to the right, but the output in the X-axis direction, the output in the Y-axis direction, the output in the roll direction, and the output in the yaw direction Regarding the output, there is no change with respect to the pitch drive signal. From this, it can be seen that the state of the moving body in the pitch direction can be detected.

図30は、ロール方向に−20arcsecから+20arcsecまで2arcsecずつ駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。図30に示すように、ロール方向用駆動信号に対して、ロール方向に関する出力は右肩上がりに変化するが、X軸方向の出力、Y軸方向の出力、ピッチ方向の出力、及びヨー方向の出力に関しては、ロール用駆動信号に対しての変化は見られない。このことから、移動体のロール方向の状態の検出が可能なことが分かる。   FIG. 30 is a diagram illustrating a simulation result when a drive signal is input so as to drive in the roll direction by 2 arcsec from −20 arcsec to +20 arcsec. As shown in FIG. 30, the output related to the roll direction changes to the right with respect to the roll direction drive signal, but the output in the X-axis direction, the output in the Y-axis direction, the output in the pitch direction, and the output in the yaw direction Regarding the output, there is no change with respect to the roll drive signal. From this, it can be seen that the state of the moving body in the roll direction can be detected.

図31は、ヨー方向に−36000arcsecから+36000arcsecまで3600arcsecずつ駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。図31に示すように、ヨー方向用駆動信号に対して、ヨー方向に関する出力は、X軸方向の出力、Y軸方向の出力、ピッチ方向の出力、及びロール方向の出力よりも大きく変化していることが分かる。このことから、移動体のヨー方向の状態の検出が可能なことが分かる。   FIG. 31 is a diagram showing a simulation result when a drive signal is inputted to drive in the yaw direction from -36000 arcsec to +36000 arcsec every 3600 arcsec. As shown in FIG. 31, the output related to the yaw direction with respect to the drive signal for the yaw direction varies greatly from the output in the X axis direction, the output in the Y axis direction, the output in the pitch direction, and the output in the roll direction. I understand that. From this, it can be seen that the yaw direction of the moving body can be detected.

上記シミュレーション結果から、光源部330から照射された光を分光板332により複数の光333に分光させて基準格子に照射し、複数の反射光337を図26に示したような構成とされた多素子型フォトダイオード350で一括して受光することで、移動体の5つの自由度の状態の検出を行うことができる。また、複数の反射光337の変化に基づいて移動体の状態を検出するため、複数の光337が照射された基準格子40のうちのどれかに欠陥があった際でも、欠陥のない基準格子40から反射された複数の反射光337の変化に基づいて状態の検出を行うことができるため、従来の1つの光を基準格子40に照射し、その反射光に基づいて状態の検出を行う場合と比較して、状態の検出を精度良く行うことができる。   Based on the simulation results, the light emitted from the light source unit 330 is split into a plurality of light 333 by the spectral plate 332 and applied to the reference grating, and the plurality of reflected lights 337 are configured as shown in FIG. By receiving light collectively with the element-type photodiode 350, it is possible to detect the state of the moving body with five degrees of freedom. Further, since the state of the moving body is detected based on the change of the plurality of reflected lights 337, even if any of the reference gratings 40 irradiated with the plurality of lights 337 has a defect, the reference grating without any defect. Since the state can be detected based on changes in the plurality of reflected lights 337 reflected from the light 40, the conventional single light is irradiated onto the reference grating 40, and the state is detected based on the reflected light. Compared to the above, the state can be detected with high accuracy.

また、本実施例の検出手段14においては、従来技術のようなオートコリメーション法を用いての検出を行っていないので、検出器339の構成を簡単化でき、検出手段14のコストの低減を図ることができる。   In addition, since the detection means 14 of the present embodiment does not perform detection using the autocollimation method as in the prior art, the configuration of the detector 339 can be simplified, and the cost of the detection means 14 is reduced. be able to.

なお、本実施例では、フォトダイオード351〜354、及びフォトダイオード350A〜350Dを設けた検出器339を用いたが、フォトダイオード351〜354、及びフォトダイオード350A〜350Dの代わりにCCDを用いても良く、CCDを用いた場合においても本実施例と同様な効果を得ることができる。   In this embodiment, the detector 339 provided with the photodiodes 351 to 354 and the photodiodes 350A to 350D is used. However, a CCD may be used instead of the photodiodes 351 to 354 and the photodiodes 350A to 350D. Even when a CCD is used, the same effect as in this embodiment can be obtained.

(第2実施例)
次に、本発明の第2実施例による矩形に構成された基準格子400を適用した際のシミュレーション結果について説明する。
(Second embodiment)
Next, a simulation result when the reference grid 400 configured in a rectangle according to the second embodiment of the present invention is applied will be described.

始めに、図32を参照して、第2実施例の基準格子について説明する。図32は、本発明の第2実施例の基準格子の斜視図である。基準格子400は、略正方角形状の柱状部401と、柱状部401と同じ正方形状の凹部402を面内2軸方向に交互に配置して形成されている。基準格子400のPV値は0.08μmとされている。   First, the reference grating of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 32 is a perspective view of a reference grid according to the second embodiment of the present invention. The reference lattice 400 is formed by alternately arranging substantially square-shaped columnar portions 401 and square-shaped concave portions 402 that are the same as the columnar portions 401 in two in-plane directions. The PV value of the reference grating 400 is 0.08 μm.

次に、上記構成とされた基準格子400を用いて、図33に示したシミュレーション条件でシミュレーションを行うことで得られたスポット強度分布について説明する。図33は、第2実施例のシミュレーション条件を示した図であり、図34は、シミュレーションにより得られたスポット強度分布を示した図である。図34に示すように、本実施例においても、第1実施例で説明した図15と同様に複数の強度の異なるピークが表れることが分かる。   Next, the spot intensity distribution obtained by performing simulation under the simulation conditions shown in FIG. 33 using the reference lattice 400 having the above-described configuration will be described. FIG. 33 is a diagram showing the simulation conditions of the second embodiment, and FIG. 34 is a diagram showing the spot intensity distribution obtained by the simulation. As shown in FIG. 34, it can be seen that a plurality of peaks having different intensities appear in this embodiment as well as in FIG. 15 described in the first embodiment.

次に、図35乃至図36に示したシミュレーション結果を参照して、基準格子400に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分布の変化について説明する。図35は、基準格子に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をX1視(図34参照)した図であり、図36は、基準格子に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分をY1視(図34参照)した図である。なお、X1方向は、X軸に対して直交する方向、Y1方向はY軸に対して直交する方向、Z1方向はX1,Y1方向に直交する方向を示している。   Next, with reference to the simulation results shown in FIGS. 35 to 36, the change in the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the X-axis direction with respect to the reference grating 400 will be described. FIG. 35 is a view of the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the X-axis direction with respect to the reference lattice (see FIG. 34), and FIG. 36 is moved in the X-axis direction with respect to the reference lattice. It is the figure which looked at Y1 (refer FIG. 34) for the spot intensity | strength when a body is displaced. The X1 direction indicates a direction orthogonal to the X axis, the Y1 direction indicates a direction orthogonal to the Y axis, and the Z1 direction indicates a direction orthogonal to the X1 and Y1 directions.

図35乃至図36に示すように、本実施例においても、第1実施例と同様に、X軸方向に移動体が変位した際には、X1方向から見たスポット強度分布410A〜410Cのうちの中心に位置するスポット強度分布410Bの両側にあるスポット強度410A,410Cの大きさが変化し、Y1方向からスポット強度分布を見た際には、Δx(X軸方向の変位)の値が変化してもスポット強度分布411A〜411Cの大きさに変化は見られないことが分かる。   As shown in FIGS. 35 to 36, in this embodiment as well, in the spot intensity distributions 410A to 410C viewed from the X1 direction when the moving body is displaced in the X axis direction, as in the first embodiment. When the spot intensity distributions 410A and 410C on both sides of the spot intensity distribution 410B located at the center of the spot change, and the spot intensity distribution is viewed from the Y1 direction, the value of Δx (displacement in the X-axis direction) changes. It can be seen that there is no change in the size of the spot intensity distributions 411A to 411C.

次に、図37に示したシミュレーション結果を参照して、Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布の変化について説明する。図37は、Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をZ1視(図34参照)した図である。なお、図37において、θzは、ヨーイング角(Z軸を回転軸とする角度)を示している。   Next, with reference to the simulation result shown in FIG. 37, the change in the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction with the Z axis as the rotation axis will be described. FIG. 37 is a diagram showing the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction with the Z axis as the rotation axis, as viewed in Z1 (see FIG. 34). In FIG. 37, θz represents a yawing angle (an angle with the Z axis as the rotation axis).

図37に示すように、第2実施例においても、第1実施例と同様に、4隅に反射される反射光337A,337C,337G,337Iの位置は、中央の反射光337Eの位置を中心として時計回りに回転することが分かる。   As shown in FIG. 37, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the positions of the reflected lights 337A, 337C, 337G, and 337I reflected at the four corners are centered on the position of the center reflected light 337E. It turns out to rotate clockwise.

次に、図38乃至図41に示したシミュレーション結果を参照して、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布の変化について説明する。図38は、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をX1視(図34参照)した図であり、図39は、図38の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。また、図40は、Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をY1視(図34参照)した図であり、図41は、図40の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。なお、図38乃至図41において、θyは、ピッチング角(Y軸を回転軸とする角度)を示している。   Next, with reference to the simulation results shown in FIGS. 38 to 41, changes in the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction with the Y axis as the rotation axis will be described. FIG. 38 is a diagram showing the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction about the Y axis as a rotation axis (see FIG. 34), and FIG. 39 is a spot intensity located at the center of FIG. It is the figure which expanded distribution. FIG. 40 is a view showing the spot intensity distribution when the moving body is displaced in the rotation direction with the Y axis as the rotation axis (see FIG. 34), and FIG. 41 is located at the center of FIG. It is the figure which expanded spot intensity distribution. 38 to 41, θy represents a pitching angle (an angle with the Y axis as the rotation axis).

図39乃至図41に示すように、本実施例の場合においても、第1実施例と同様に、Y軸を回転軸としてプラス方向(時計回り)に移動体が変位(回転)した際、X1方向から見たスポット強度分布413BのX軸方向の位置は同図の左側に移動し、Y軸を回転軸としてマイナス方向(反時計回り)に移動体が変位(回転)した際、X1方向から見たスポット強度分布413BのX軸方向の位置は同図の右側に移動することが分かる。   As shown in FIGS. 39 to 41, also in the case of the present embodiment, as in the first embodiment, when the moving body is displaced (rotated) in the plus direction (clockwise) with the Y axis as the rotation axis, X1 The position in the X-axis direction of the spot intensity distribution 413B viewed from the direction moves to the left side of the figure, and when the moving body is displaced (rotated) in the minus direction (counterclockwise) about the Y-axis as the rotation axis, It can be seen that the X-axis direction position of the spot intensity distribution 413B seen moves to the right side of the figure.

以上説明したシミュレーション結果から、形状が複雑な2次元方向に対して正弦波の形状を有した基準格子40の代わりに、基準格子400の中心軸に対して対称となる形状に構成された基準格子400を用いて、移動体の5つの自由度の状態を検出することができることが分かった。これにより、状態の検出を行う際に必要な基準格子400の形状を簡単化して、基準格子400を容易に製造することができる。   Based on the simulation results described above, the reference grating configured to be symmetrical with respect to the central axis of the reference grating 400 instead of the reference grating 40 having a sinusoidal shape with respect to a complicated two-dimensional direction. It was found that the state of five degrees of freedom of the moving body can be detected using 400. This simplifies the shape of the reference grating 400 necessary for detecting the state, and allows the reference grating 400 to be easily manufactured.

(第3実施例)
次に、図42乃至図43を参照して、本発明の第3実施例であるステージ装置10について説明する。図42は、本発明の第3実施例であるステージ装置の分解斜視図であり、図43は、部分的に切り欠いて組み立てられた状態のステージ装置の斜視図である。このステージ装置10は、例えば半導体製造用のステッパ等において被移動体となるウェハを所定位置に移動させるのに用いられる装置である。
(Third embodiment)
Next, a stage apparatus 10 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 42 is an exploded perspective view of the stage apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 43 is a perspective view of the stage apparatus in a state where it is partially cut away and assembled. This stage apparatus 10 is an apparatus used to move a wafer to be moved to a predetermined position in, for example, a semiconductor manufacturing stepper.

このステージ装置10は、大略するとベース11、ステージ12、検出装置24、及び駆動装置等により構成されている。ベース11はステージ装置10の基台となるものであり、後述するリニアモータ構造部20A,25A、Z方向電磁石30、及び検出手段14が配設される。なお、検出手段14は、第1実施例に用いた検出手段14と同一構成のものである。   The stage device 10 generally includes a base 11, a stage 12, a detection device 24, a driving device, and the like. The base 11 serves as a base of the stage apparatus 10 and is provided with linear motor structures 20A and 25A, a Z-direction electromagnet 30, and a detection means 14 which will be described later. The detection means 14 has the same configuration as the detection means 14 used in the first embodiment.

ステージ12は移動体となるウェハ60及びチャック61が上部に搭載されると共に、下部にはマグネット15,16、ヨーク17、及びスペーサ18を介してZ方向用マグネット19が配設される。このステージ12は、ベース11に対して図中矢印X軸方向移動、Y軸方向移動、及びZ軸を中心とした回転移動が可能な構成とされている。   On the stage 12, a wafer 60 and a chuck 61 as a moving body are mounted on the upper portion, and a Z-direction magnet 19 is disposed on the lower portion via magnets 15 and 16, a yoke 17, and a spacer 18. The stage 12 is configured to be movable with respect to the base 11 in the direction of the arrow X-axis, the direction of the Y-axis in the drawing, and the rotation about the Z-axis.

図42に示すように、目盛部13は、ステージ12の背面(ベース11と対向する面)の略中央位置に固定されている。一方,検出手段14は、ベース11に配設された構成とされている。具体的には、検出手段14は、ベース11に設けられた取り付け用基板33に設けられている。   As shown in FIG. 42, the scale portion 13 is fixed at a substantially central position on the back surface (surface facing the base 11) of the stage 12. On the other hand, the detection means 14 is arranged on the base 11. Specifically, the detection means 14 is provided on a mounting substrate 33 provided on the base 11.

続いて、駆動装置について説明する。駆動装置は、ベース11に対してステージ12をX軸方向移動,Y軸方向移動,及びZ軸を中心とした回転移動を行なわれるものである。この駆動装置は、ベース11に配設されたX軸方向リニアモータ構造部20A,20B、Y軸方向リニアモータ構造部25A,25B、Z方向電磁石30と、ステージ12に配設されたX軸方向用マグネット15,Y軸方向用マグネット16,Z方向用マグネット19等により構成されている。   Next, the drive device will be described. The drive device is configured to move the stage 12 with respect to the base 11 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotational movement about the Z-axis. This drive device includes X-axis direction linear motor structures 20A and 20B disposed on a base 11, Y-axis direction linear motor structures 25A and 25B, a Z-direction electromagnet 30, and an X-axis direction disposed on a stage 12. For example, a magnet 16 for the Y-axis direction, a magnet 19 for the Z-direction, and the like.

X軸方向リニアモータ構造部20Aはベース11上に配設されており、一対のX軸方向用コイル21A−1,21A−2(双方をまとめていうときにはX軸方向用コイル21Aという)と、X軸方向用コア22Aとにより構成されている。一対のX軸方向用コイル21A−1,21A−2は図中矢印X軸方向に並設されており、それぞれ独立して電流を供給できる構成とされている。   The X-axis direction linear motor structure portion 20A is disposed on the base 11, and includes a pair of X-axis direction coils 21A-1 and 21A-2 (referred to as X-axis direction coil 21A when both are collectively referred to), It is comprised by the core 22A for axial directions. The pair of X-axis direction coils 21A-1 and 21A-2 are juxtaposed in the direction of the arrow X-axis in the figure, and are configured to be able to supply current independently.

また、X軸方向リニアモータ構造部20BはX軸方向リニアモータ構造部20Aと同一構成とされており、X軸方向用コイル21B(符号は付さないが、一対のX軸方向用コイルにより構成されている)及びX軸方向用コア22Bとにより構成されている。このX軸方向リニアモータ構造部20AとX軸方向リニアモータ構造部20Bは、前記した検出装置14の配設位置を挟んで、図中矢印Y軸方向に離間して配置された構成とされている。   The X-axis direction linear motor structure portion 20B has the same configuration as the X-axis direction linear motor structure portion 20A. The X-axis direction coil motor 21B is configured by a pair of X-axis direction coils. And an X-axis direction core 22B. The X-axis direction linear motor structure portion 20A and the X-axis direction linear motor structure portion 20B are configured to be spaced apart from each other in the direction of the arrow Y-axis in the figure with the arrangement position of the detection device 14 therebetween. Yes.

一方、Y軸方向リニアモータ構造部25A及びY軸方向リニアモータ構造部25Bも、前記したX軸方向リニアモータ構造部20Aと同様の構成とされている。即ち、Y軸方向リニアモータ構造部25AはY軸方向用コイル26A(符号は付さないが、一対のY軸方向用コイルにより構成されている)とY軸方向用コア27Aとにより構成され、Y軸方向リニアモータ構造部25BはY軸方向用コイル26B(符号は付さないが、一対のY軸方向用コイルにより構成されている)とY軸方向用コア27Bとにより構成されている。このY軸方向リニアモータ構造部25AとY軸方向リニアモータ構造部25Bは、前記した検出手段14の配設位置を挟んで、図中矢印X軸方向に離間して配置された構成とされている。   On the other hand, the Y-axis direction linear motor structure unit 25A and the Y-axis direction linear motor structure unit 25B have the same configuration as the X-axis direction linear motor structure unit 20A. That is, the Y-axis direction linear motor structure portion 25A is composed of a Y-axis direction coil 26A (not provided with a reference numeral, but is composed of a pair of Y-axis direction coils) and a Y-axis direction core 27A. The Y-axis direction linear motor structure portion 25B is composed of a Y-axis direction coil 26B (which is not provided with a reference numeral but is composed of a pair of Y-axis direction coils) and a Y-axis direction core 27B. The Y-axis direction linear motor structure portion 25A and the Y-axis direction linear motor structure portion 25B are configured so as to be separated from each other in the direction of the arrow X-axis in FIG. Yes.

Z方向電磁石30は、ベース11に対してステージ12を浮上させることにより、前記したX軸方向用マグネット15Aと後述するステージ12に設けられた各マグネット15,16との間にギャップを形成する機能を奏するものである。このZ方向電磁石30は、Z方向用コイル31とZ方向用コア32とにより構成されている。また、浮上を安定化するため、矩形状とされたベース11の四隅位置にそれぞれ配設されている。   The Z-direction electromagnet 30 functions to form a gap between the X-axis direction magnet 15 </ b> A and the magnets 15 and 16 provided on the stage 12, which will be described later, by floating the stage 12 with respect to the base 11. It plays. The Z-direction electromagnet 30 includes a Z-direction coil 31 and a Z-direction core 32. Further, in order to stabilize the flying, they are disposed at the four corner positions of the base 11 having a rectangular shape.

なお、ベース11に対してステージ12を浮上させる手段は、本実施例で採用している磁気的な手段の他にも、圧縮空気を用いる方法や、複数のボールでベース11を支持する手段等が考えられる。   In addition to the magnetic means employed in the present embodiment, the means for floating the stage 12 with respect to the base 11 includes a method using compressed air, a means for supporting the base 11 with a plurality of balls, and the like. Can be considered.

一方、前記したようにステージ12にはX軸方向用マグネット15及びY軸方向用マグネット16が配設されている。図に現れないが,各マグネット15,16はそれぞれ一対ずつ合計4個が配設されている。従って、ステージ12を底面視した状態において、各マグネット15,16は協働して略四角形をなすよう配置されている。   On the other hand, as described above, the X-axis direction magnet 15 and the Y-axis direction magnet 16 are disposed on the stage 12. Although not shown in the figure, a total of four magnets 15 and 16 are arranged in pairs. Therefore, in a state where the stage 12 is viewed from the bottom, the magnets 15 and 16 are arranged so as to form a substantially rectangular shape in cooperation.

X軸方向用マグネット15は、複数の同等の永久磁石を極性が交互に現れるように直線状に配列した複数の磁石列(小磁石の集合体)により構成されている。同様に、Y軸方向用マグネット16も、複数の同等の永久磁石を極性が交互に現れるように直線状に配列した複数の磁石列により構成されている。各マグネット15,16の上部にはヨーク17が配設されており、このヨーク17は各マグネット15,16を構成する複数の各磁石を磁気的に結合する機能を奏する。   The X-axis direction magnet 15 is composed of a plurality of magnet arrays (an assembly of small magnets) in which a plurality of equivalent permanent magnets are linearly arranged so that polarities appear alternately. Similarly, the Y-axis direction magnet 16 is also composed of a plurality of magnet arrays in which a plurality of equivalent permanent magnets are linearly arranged so that the polarities appear alternately. A yoke 17 is disposed above each magnet 15, 16, and this yoke 17 has a function of magnetically coupling a plurality of magnets constituting each magnet 15, 16.

上記構成において、ベース11に対しステージ12を装着した状態において、一対のX軸方向用マグネット15の一方がX軸方向リニアモータ構造部20A上に位置し、かつ他方のX軸方向用マグネット15がX軸方向リニアモータ構造部20B上に位置するよう構成されている。また、ベース11に対しステージ12を装着した状態において、一対のY軸方向用マグネット16の一方がY軸方向リニアモータ構造部25A上に位置し、かつ他方のY軸方向用マグネット16がY軸方向リニアモータ構造部25B上に位置するよう構成されている。   In the above configuration, when the stage 12 is mounted on the base 11, one of the pair of X-axis direction magnets 15 is positioned on the X-axis direction linear motor structure 20A, and the other X-axis direction magnet 15 is It is configured to be positioned on the X-axis direction linear motor structure 20B. When the stage 12 is mounted on the base 11, one of the pair of Y-axis direction magnets 16 is positioned on the Y-axis direction linear motor structure 25A, and the other Y-axis direction magnet 16 is the Y-axis. It is configured to be positioned on the directional linear motor structure 25B.

また、ベース11がステージ12に装着された状態で、かつZ方向電磁石30によりステージ12がベース11に対し浮上した状態において、各マグネット15,16が発生する磁界が対向するリニアモータ構造部20A,20B,25A,25Bに係合するよう構成されている。更に、上記装着状態において、各マグネット15,16は、各リニアモータ構造部20A,20B,25A,25Bに設けられている各コイル21A,21B,26A,26Bの巻回方向に対し直交するよう配置されている。   Further, in a state where the base 11 is mounted on the stage 12 and the stage 12 is levitated with respect to the base 11 by the Z-direction electromagnet 30, the linear motor structures 20A, 20A, It is configured to engage with 20B, 25A, and 25B. Further, in the mounted state, the magnets 15 and 16 are arranged so as to be orthogonal to the winding direction of the coils 21A, 21B, 26A, and 26B provided in the linear motor structural portions 20A, 20B, 25A, and 25B. Has been.

駆動装置を上記構成とすることにより、X軸方向リニアモータ構造部20A,20BとX軸方向用マグネット15は協働して、ステージ12を図中矢印X軸方向に駆動するリニアモータとして機能する。同様に、Y軸方向リニアモータ構造部25A,25BとY軸方向用マグネット16は協働して、ステージ12を図中矢印Y軸方向に駆動するリニアモータとして機能する。   By configuring the drive device as described above, the X-axis direction linear motor structures 20A and 20B and the X-axis direction magnet 15 cooperate to function as a linear motor that drives the stage 12 in the arrow X-axis direction in the figure. . Similarly, the Y-axis direction linear motor structures 25A and 25B and the Y-axis direction magnet 16 cooperate to function as a linear motor that drives the stage 12 in the arrow Y-axis direction in the figure.

即ち、本実施例ではX,Y両方向にそれぞれ2組ずつのリニアモータが配置された構成となる。この構成とすることにより、装置中央部分に比較的大きな空間を確保できるため、この位置に検出装置24を設置することができる。なお、本実施例ではステージ12に目盛部13を配設し、ベース11に検出手段14を配設した構成とした。これは、目盛部13には配線を接続する必要がないためである。しかしながら、目盛部13をベース11に配設し、検出手段14をステージ12に設ける構成とすることも可能である。   That is, in this embodiment, two sets of linear motors are arranged in both the X and Y directions. By adopting this configuration, a relatively large space can be secured in the central portion of the apparatus, so that the detection device 24 can be installed at this position. In the present embodiment, the scale portion 13 is disposed on the stage 12 and the detection means 14 is disposed on the base 11. This is because it is not necessary to connect wiring to the scale portion 13. However, it is also possible to arrange the scale portion 13 on the base 11 and the detection means 14 on the stage 12.

また上記構成とされた駆動装置において、X軸方向リニアモータ構造部20AとX軸方向リニアモータ構造部20Bのみを同時に同方向に駆動させると、ステージ12は図中矢印X軸方向に並進運動する。同様に、Y軸方向リニアモータ構造部25AとY軸方向リニアモータ構造部25Bのみを同時に同方向に駆動させると、ステージ12は図中矢印Y軸方向に並進運動する。また、対になった各リニアモータ構造部20Aと20B、25Aと25Bをそれぞれ逆方向に駆動させることにより、ステージ12は図中矢印Z軸まわりθZの回転運動を行なう。   Further, in the driving apparatus configured as described above, when only the X-axis direction linear motor structure portion 20A and the X-axis direction linear motor structure portion 20B are simultaneously driven in the same direction, the stage 12 translates in the arrow X-axis direction in the figure. . Similarly, when only the Y-axis direction linear motor structure portion 25A and the Y-axis direction linear motor structure portion 25B are simultaneously driven in the same direction, the stage 12 translates in the arrow Y-axis direction in the figure. In addition, by driving the paired linear motor structures 20A and 20B and 25A and 25B in the opposite directions, the stage 12 performs a rotational movement around the arrow Z axis in the figure by θZ.

このように、検出手段14と目盛部13とからなる検出装置24をステージ装置10に設けることにより、ステージ12の5つの自由度の状態を検出手段14により検出することができる。   In this way, by providing the stage device 10 with the detection device 24 including the detection means 14 and the scale unit 13, the detection device 14 can detect the five degrees of freedom of the stage 12.

なお、本実施例では、2次元方向に対して正弦波の形状を有した基準格子40を備えた目盛部13を用いた場合を例に挙げて説明を行ったが、基準格子40の代わりに、基準格子400の中心軸に対して対称となる形状に構成された基準格子400を用いても良い。また、上記した本発明は、半導体製造装置のみならず、マイクロマシン,IT用光通信部品等、今後微細加工を必要とする分野に広く適用することが可能である。即ち、現在のマイクロマシン製造技術の多くは半導体製造技術を利用しており、本発明を用いることにより、より微細で多様なマイクロマシンを製造することが可能となる。さらに、レーザ加工の分野では、サブミクロンの精度で超高速に動くステージが要求されている。   In the present embodiment, the case where the scale portion 13 including the reference grating 40 having a sinusoidal shape with respect to the two-dimensional direction is described as an example. Alternatively, the reference grating 400 configured to be symmetric with respect to the central axis of the reference grating 400 may be used. Further, the present invention described above can be widely applied not only to semiconductor manufacturing apparatuses but also to fields requiring microfabrication in the future such as micromachines and IT optical communication parts. In other words, many of the current micromachine manufacturing technologies use semiconductor manufacturing technology, and by using the present invention, it becomes possible to manufacture a variety of micromachines that are finer. Furthermore, in the field of laser processing, a stage that moves at an ultra-high speed with submicron accuracy is required.

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.

本発明は、製造しやすい形状の基準格子を用いて、ステージの5つの自由度の状態の検出を容易に行うことができ、かつ検出の精度を向上することのできる検出装置及びステージ装置に適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to a detection apparatus and a stage apparatus that can easily detect the state of five degrees of freedom of the stage and can improve the detection accuracy by using a reference grid that is easy to manufacture. it can.

基準格子と2次元角度センサーとを有した検出装置の概略図である。It is the schematic of the detection apparatus which has a reference | standard grating | lattice and a two-dimensional angle sensor. 2次元角度センサーを示した図である。It is the figure which showed the two-dimensional angle sensor. 本発明の第1実施例による検出装置を備えたステージ装置の断面図である。It is sectional drawing of the stage apparatus provided with the detection apparatus by 1st Example of this invention. 図3に示した領域Bに対応した構成部分の平面図である。It is a top view of the component corresponding to the area | region B shown in FIG. 可動ステージの駆動方向とX方向及びY方向アクチュエータの推進力との関係を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the relationship between the drive direction of a movable stage, and the driving force of an X direction and a Y direction actuator. 図3に示した領域Cに対応した構成部分の拡大図である。It is an enlarged view of the component corresponding to the area | region C shown in FIG. 目盛部及び検出手段を示した図である。It is the figure which showed the scale part and the detection means. 検出手段の概略構成と目盛部とを示した図である。It is the figure which showed schematic structure and the scale part of the detection means. 分光板の平面図である。It is a top view of a spectroscopic plate. 図8に示した検出手段をG視した図である。It is the figure which looked at the detection means shown in FIG. シミュレーションに用いた検出手段のモデルを示した図である。It is the figure which showed the model of the detection means used for simulation. 基準格子の位相関数を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phase function of a reference | standard grating | lattice. 分光板に入射する光の複素振幅U(x,y)の分布を示した図である。Complex amplitude U A (x, y) of light incident on the spectral plate is a diagram showing the distribution of. 第1実施例のシミュレーション条件を示した図である。It is the figure which showed the simulation conditions of 1st Example. スポット強度分布I(x,y)の変化をシミュレーションした結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having simulated the change of spot intensity distribution I (x, y). 基準格子に対してX方向に移動体(可動ステージ237)が変位した際のスポットの強度分布をX1視した図である。It is the figure which looked at X1 the intensity distribution of the spot when a mobile body (movable stage 237) is displaced to the X direction to a standard lattice. 基準格子に対してX方向に移動体が変位した際のスポット強度分をY1視した図である。It is the figure which looked at the spot intensity | strength part at the time of a moving body moving to a X direction with respect to a reference | standard grating | lattice at Y1. Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をZ1視した図である。It is the figure which looked at Z1 the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the rotation direction which makes a Z axis a rotating shaft. Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をX1視した図である。It is the figure which looked at X1 the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the rotation direction which makes a Y-axis a rotating shaft. 図19の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。It is the figure which expanded the spot intensity distribution located in the center of FIG. Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をY1視した図である。It is the figure which looked at Y1 the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the rotation direction which makes a Y axis a rotating shaft. 図21の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。It is the figure which expanded the spot intensity distribution located in the center of FIG. 基準格子に対して移動体がX軸方向に変位した際の検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method when a moving body displaces to the X-axis direction with respect to the reference | standard grating | lattice. 基準格子に対して移動体がY軸を回転軸として回転した際の検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method when a mobile body rotates with the Y-axis as a rotating shaft with respect to the reference | standard grating | lattice. 基準格子に対して移動体がZ軸を回転軸として回転した際の検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method when a mobile body rotates centering on a Z axis with respect to a reference | standard grating | lattice. シミュレーションで用いた検出器の寸法を示した図である。It is the figure which showed the dimension of the detector used by simulation. X軸方向に駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result at the time of inputting a drive signal so that it may drive to a X-axis direction. Y軸方向に駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result at the time of inputting a drive signal so that it may drive to a Y-axis direction. ピッチ方向に駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result at the time of inputting a drive signal so that it may drive to a pitch direction. ロール方向に駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result at the time of inputting a drive signal so that it may drive to a roll direction. ヨー方向に駆動するよう駆動信号を入力した際のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result at the time of inputting a drive signal so that it may drive in a yaw direction. 本発明の第2実施例の基準格子の斜視図である。It is a perspective view of the reference | standard grating | lattice of 2nd Example of this invention. 第2実施例のシミュレーション条件を示した図である。It is the figure which showed the simulation conditions of 2nd Example. シミュレーションにより得られたスポット強度分布を示した図である。It is the figure which showed the spot intensity distribution obtained by simulation. 基準格子に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をX1視した図である。It is the figure which looked at X1 the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the X-axis direction with respect to a reference | standard grating | lattice. 基準格子に対してX軸方向に移動体が変位した際のスポット強度分をY1視した図である。It is the figure which looked at the spot intensity | strength part at the time of a moving body moving to the X-axis direction with respect to the reference | standard grating | lattice at Y1. Z軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をZ1視した図である。It is the figure which looked at Z1 the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the rotation direction which makes a Z axis a rotating shaft. Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をX1視した図である。It is the figure which looked at X1 the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the rotation direction which makes a Y-axis a rotating shaft. 図38の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。It is the figure which expanded the spot intensity distribution located in the center of FIG. Y軸を回転軸とする回転方向に移動体が変位した際のスポット強度分布をY1視した図である。It is the figure which looked at the spot intensity distribution when a mobile body displaces to the rotation direction which makes a Y-axis a rotating shaft at Y1. 図40の中心に位置するスポット強度分布を拡大した図である。It is the figure which expanded the spot intensity distribution located in the center of FIG. 本発明の第3実施例であるステージ装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the stage apparatus which is 3rd Example of this invention. 部分的に切り欠いて組み立てられた状態のステージ装置の斜視図である。It is a perspective view of the stage apparatus of the state assembled by cutting away partially.

符号の説明Explanation of symbols

10,230 ステージ装置
11,231 ベース
12,236 ステージ
13 目盛部
14,290 検出手段
15 X方向用マグネット
16 Y方向用マグネット
17 ヨーク
18 スペーサ
19 Z方向用マグネット
20A,20B X方向リニアモータ構造部
21A,21A−1,21A−2,21B X方向用コイル
22A,22B X方向用コア
24,249,300 検出装置
25A,25B Y方向リニアモータ構造部
26A,26B Y方向用コイル
27A,27B Y方向用コア
30 Z方向電磁石
31 Z方向用コイル
32 Z方向用コア
33 取り付け用基板
40,320,400 基準格子
41 基部
233 目盛ユニット
232 凸部
237 可動ステージ
238 エアーベアリング
239 固定ステージ部
241 チャック
244 コイル部
245 チルト駆動部
242A,242B X方向アクチュエータ
243A,243B Y方向アクチュエータ
248 ワーク
252 上部樹脂
253 下部樹脂
300 2次元角度センサー
301 レーザ光源
302,334 偏光ビームスプリッタ
303,336 1/4波長板
305 オートコリメータ
306 対物レンズ
307 検出器
310,312 レーザ光
330 光源部
331 光
332 分光板
337,337A〜337I 反射光
338 集束用レンズ
339 検出器
339A 受光面
341A〜341I 開口部
350A〜350H,351〜354,351I〜351P フォトダイオード
370A〜370E,371A〜371E,375A〜375E,380A〜380E,385D〜385F,410A〜410C,411A〜411C,413A〜413C,415A〜415C スポット強度分布
401 柱状部
402 凹部
B,C 領域
E,D 方向
F ピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,230 Stage apparatus 11,231 Base 12,236 Stage 13 Scale part 14,290 Detection means 15 X direction magnet 16 Y direction magnet 17 Yoke 18 Spacer 19 Z direction magnet 20A, 20B X direction linear motor structure part 21A , 21A-1, 21A-2, 21B X direction coil 22A, 22B X direction core 24, 249, 300 Detection device 25A, 25B Y direction linear motor structure 26A, 26B Y direction coil 27A, 27B For Y direction Core 30 Z-direction electromagnet 31 Z-direction coil 32 Z-direction core 33 Mounting substrate 40, 320, 400 Reference lattice 41 Base 233 Scale unit 232 Convex part 237 Movable stage 238 Air bearing 239 Fixed stage part 241 Chuck 244 Coil unit 245 Tilt drive unit 242A, 242B X direction actuator 243A, 243B Y direction actuator 248 Work 252 Upper resin 253 Lower resin 300 Two-dimensional angle sensor 301 Laser light source 302, 334 Polarizing beam splitter 303, 336 1/4 wavelength plate 305 Auto Collimator 306 Objective lens 307 Detector 310, 312 Laser light 330 Light source unit 331 Light 332 Spectroscopic plate 337, 337A-337I Reflected light 338 Focusing lens 339 Detector 339A Light receiving surface 341A-341I Openings 350A-350H, 351-354, 351I to 351P Photodiodes 370A to 370E, 371A to 371E, 375A to 375E, 380A to 380E, 385D to 385F, 410A to 410C 411A~411C, 413A~413C, 415A~415C spot intensity distribution 401 columnar portion 402 recess B, C region E, D direction F pitch

Claims (7)

2次元方向に対して周期的な形状の変化を有した基準格子と、
前記基準格子に向けて光を照射する光源と、
複数の開口部を有し、該複数の開口部により前記光源から照射された光を複数の光に分光する分光手段と、
前記基準格子で反射された複数の反射光を一括して受光する検出器を有した検出手段とを備え、
前記検出手段は、前記検出器が受光する前記複数の反射光の変化に基づいて、前記基準格子に対する状態を検出することを特徴とする検出装置。
A reference grating having a periodic shape change in a two-dimensional direction;
A light source that emits light toward the reference grating;
A spectroscopic unit that has a plurality of openings and separates light emitted from the light source through the plurality of openings into a plurality of lights;
A detector having a detector that collectively receives a plurality of reflected light reflected by the reference grating;
The detection device detects a state with respect to the reference grating based on changes in the plurality of reflected lights received by the detector.
前記検出器は、複数のフォトダイオードにより構成されており、
前記複数の反射光を受光する前記検出手段の面の中央に、X軸を回転軸とする回転移動による状態の検出、及びY軸を回転軸とする回転移動による状態の検出を行うための4個のフォトダイオードを少なくとも有したことを特徴とする請求項1に記載の検出装置。
The detector is composed of a plurality of photodiodes,
4 for detecting the state by the rotational movement with the X axis as the rotational axis and the state by the rotational movement with the Y axis as the rotational axis at the center of the surface of the detecting means that receives the plurality of reflected lights. The detection device according to claim 1, comprising at least one photodiode.
前記検出手段の面の四隅に、Z軸を回転軸とする回転移動による状態の検出を行うための2個一組とされたフォトダイオードとを少なくとも有したことを特徴とする請求項1または2に記載の検出装置。   3. At least four photodiodes for detecting a state by rotational movement with the Z axis as a rotation axis are provided at four corners of the surface of the detection means. The detection device according to 1. 前記検出器には、電荷結合素子(CCD)を用いることを特徴とする請求項1に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein a charge coupled device (CCD) is used as the detector. 前記基準格子は、該基準格子の面内2軸に対して対称となる形状に構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の検出装置。   5. The detection apparatus according to claim 1, wherein the reference grating is configured in a shape that is symmetrical with respect to two in-plane axes of the reference grating. 6. ベースと、
前記ベース上を移動するステージと、
前記ステージを駆動させるモータと、
前記ステージを前記ベースに対して浮上させる浮上装置と、
前記ステージの状態を検出する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の検出装置とを備えることを特徴とするステージ装置。
Base and
A stage moving on the base;
A motor for driving the stage;
A levitating device for levitating the stage relative to the base;
A stage apparatus comprising: the detection apparatus according to claim 1 that detects a state of the stage.
前記モータには、平面モータを用い、
前記浮上装置には、エアーベアリングを用いたことを特徴とする請求項6に記載のステージ装置。
A planar motor is used as the motor,
The stage apparatus according to claim 6, wherein an air bearing is used for the levitation apparatus.
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