JP2011038967A

JP2011038967A - 位置決め装置およびこれに着脱可能な光学アダプター

Info

Publication number: JP2011038967A
Application number: JP2009188379A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ishida; 敏博石田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】アッベ誤差を解消できる位置決め装置を提供する。
【解決手段】スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダを位置決めする位置決め装置である。前記レーザ干渉計から得られた直線偏光のレーザ光を折り曲げることで、そのレーザ光の光路を変更させるミラーと、前記ミラーを経由した前記レーザ光を円偏光のレーザ光に変換して前記固定ミラーに照射するλ／４板と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダの位置決めをする位置決め装置等に関する。

半導体製造工程等で用いられるＸＹステージでは、高い位置決め精度が必要となる。このため、スライダの位置をレーザ干渉計を用いて測定する方法が用いられている。例えば、スライダにレーザ干渉計を搭載し、レーザ干渉計と対向するように設置された固定ミラーにレーザ光を水平に照射し、その反射光と参照光とをレーザ干渉計で合光させたときの干渉縞に基づいてレーザ光の光路測長を行うことで、スライダの位置を算出している。

特開２００２−１５３０８５号公報特開２００２−０５５１８５号公報

しかし、スライダに搭載される位置決め対象物の位置と、固定ミラーにおけるレーザの照射位置との間に高さの相違があるとアッベ誤差が発生する。アッベ誤差はスライダの姿勢に起因する誤差であり、高さの相違分をｈとするとき、スライダがピッチング方向に角度θだけ傾くと、対象物の実際の位置と、測定される位置との間にｈθに相当する誤差が発生する。とくにμｍオーダーの位置決め精度が要求される場合には、アッベ誤差は無視できないものとなる。通常、スライダの上にはユーザ・アプリケーションに応じた負荷が搭載されるため、高さの相違分ｈをなくすことはできず、アッベ誤差を解消することは困難である。

本発明の目的は、アッベ誤差を解消できる位置決め装置を提供することにある。

本発明の位置決め装置は、スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダを位置決めする位置決め装置において、前記レーザ干渉計から得られた直線偏光のレーザ光を折り曲げることで、そのレーザ光の光路を変更させるミラーと、前記ミラーを経由した前記レーザ光を円偏光のレーザ光に変換して前記固定ミラーに照射するλ／４板と、を備えることを特徴とする。
この位置決め装置によれば、レーザ光の光路を変更させるので、アッベ誤差を解消できる。

前記レーザ干渉計から射出された円偏光のレーザ光を前記直線偏光のレーザ光に変換するλ／４板を備えてもよい。

本発明の光学アダプターは、スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダを位置決めする位置決め装置に対し着脱可能な光学アダプターであって、前記レーザ干渉計から得られた直線偏光のレーザ光を折り曲げることで、そのレーザ光の光路を変更させるミラーと、前記ミラーを経由した前記レーザ光を円偏光のレーザ光に変換して前記固定ミラーに照射するλ／４板と、を備えることを特徴とする。
この光学アダプターによれば、レーザ光の光路を変更させるので、アッベ誤差を解消できる。

本発明の位置決め装置によれば、レーザ光の光路を変更させるので、アッベ誤差を解消できる。

本発明の光学アダプターによれば、レーザ光の光路を変更させるので、アッベ誤差を解消できる。

位置決め装置の構成を示す正面図。レーザ干渉計の光学系の構成を示す図。位置決め装置における位置計測の精度を説明するための図。レーザ光の射出部分にλ／４板を配置した場合のレーザ干渉計の構成を示す図。図４に示すレーザ干渉計と組み合わされる光学アダプタの構成を示す図。

以下、本発明による位置決め装置の実施形態について説明する。以下の実施形態では、Ｘ方向の測長について例示するが、他の方向（Ｙ方向、Ｚ軸周り方向等）についても同様に構成することができる。

図１は、本実施形態の位置決め装置の構成を示す正面図である。

図１に示すように、本実施形態の位置決め装置は、ステージ本体２上に設けられたプラテン２１に沿ってＸＹ平面（水平面）内を移動するスライダ１と、スライダ１に着脱可能とされた光学アダプタ３と、を備える。

図１に示すように、ステージ本体２からはバーミラーブロック２３が立ち上がり、バーミラーブロック２３には固定ミラー２４が取り付けられている。

スライダ１は、プラテン２１に対向し、スライダ１の駆動力を生み出すモーター部１１と、スライダ１の位置を計測するためのレーザ干渉計１４と、を備える。図１に示すように、レーザ干渉計１４の上方には搭載負荷１５が搭載されるが、スライダ１に搭載される搭載負荷１５は、ユーザ・アプリケーションに応じて異なり、その高さ方向の位置も異なる。

光学アダプタ３は、レーザ干渉計１４から射出されるレーザ光の光軸をシフトさせる機能を有する。また、そのシフト量は搭載負荷１５に対応して設定される。

図１に示すように、光学アダプタ３は、レーザ干渉計４から射出される直線偏光のレーザ光の光軸を折り曲げるミラー３１およびミラー３２と、ミラー３２で折り曲げられた直線偏光のレーザ光を円偏光のレーザ光に変換するλ／４板３３と、を備える。

図２は、レーザ干渉計１４の光学系の構成を示す図である。

図２に示すように、レーザ干渉計１４は、半導体レーザ４１と、レンズ４２と、ハーフミラー４３と、ミラー４４，４５と、偏光ビームスプリッタ４６と、コーナーキューブ４７と、ＰＤＡ（フォトダイオード・アレイ）４８とを備える。

半導体レーザ４１から射出されたレーザ光の一部はハーフミラー４３、ミラー４４、ミラー４５を経由して参照光としてＰＤＡ４８に入射する。

また、半導体レーザ４１から射出されたレーザ光の一部はハーフミラー４３、偏光ビームスプリッタ４６を経由して直線偏光のレーザ光として光学アダプタ３に入射する。光学アダプタ３に入射した直線偏光のレーザ光はミラー３１およびミラー３２で順次、反射され、λ／４板３３で円偏光のレーザ光に変換されて、固定ミラー２４の反射面にほぼ垂直に照射される。

固定ミラー２４で反射された円偏光のレーザ光はλ／４板３３で直線偏光のレーザ光に再度変換された後、ミラー３２およびミラー３１で順次、反射され、レーザ干渉計１４に戻る。

レーザ干渉計１４に戻った直線偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ４６、コーナーキューブ４７、偏光ビームスプリッタ４６で順次、反射され、再び光学アダプタ３を経由して、固定ミラー２４に射出される。

固定ミラー２４で反射された円偏光のレーザ光はλ／４板３３で直線偏光のレーザ光に変換された後、ミラー３２およびミラー３１で順次、反射され、レーザ干渉計１４に戻るが、今度は偏光ビームスプリッタ４６を透過し、ハーフミラー４３を経由して反射光としてＰＤＡ４８に入射する。

ＰＤＡ４８では、上記反射光と上記参照光との合光により干渉縞が形成され、ＰＤＡ４８で検出された信号が演算部５に入力される。演算部５はＰＤＡ４８からの信号に基づいてスライダ１の位置（Ｘ座標）を算出する。

このように、本実施形態の位置決め装置では、光学アダプタ３によってレーザ光の射出位置の高さを搭載負荷１５の高さとほぼ一致させるようにしているので、レーザ干渉計１４による計測値が搭載負荷１５の位置を正しく反映したものとなる。

図３は、本実施形態の位置決め装置における位置計測の精度を説明するための図である。

図３では、スライダ１がピッチングを有する場合の様子を示している。図３においてピッチング角度はθｐであり、スライダの回転中心はスライダの下端となる。

まず、ピッチング方向にスライダ１が回転することにより生じる誤差を考える。図３においてδ１およびδ２がこの場合の誤差に相当する。なお、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は構造上、機構的に固定されており、変化しない。

スライダ１の姿勢が傾く場合に生ずるδ１およびδ２の測長距離への反映の効果は互いに逆転している。δ１は図３に示すピッチング方向にスライダ１の姿勢が傾く場合の測長距離の減少分に相当し、δ２は逆に測長距離の増加分に相当する。

θｐ＜＜１とすると、δ１は円弧の長さとして近似できるため、

となる。

また、δ２については、

以上のように、ピッチング方向にスライダ１の姿勢が変化する場合の測長距離は、誤差がキャンセルされ変化しない。したがって、レーザ光を照射する高さを搭載負荷の高さに揃えることで、アッベ誤差の影響を解消することができることが判る。

また、一般に、円偏光の光をミラー３１およびミラー３２のような向きで反射させると、楕円偏光に変換されてしまい、干渉計内部で所望の偏光状態が得られず測長不能となる。しかし、本実施形態の位置決め装置では、ミラー３１およびミラー３２で反射されるレーザ光の偏光状態は常に直線偏光となるため、光学アダプタ３がレーザ測長に悪影響を及ぼすことはない。

このように、光学アダプタ３を使用することにより、固定ミラーに照射するレーザ光の高さを最適化することができるため、搭載負荷の高さに応じた適切な測長状態を容易に得ることができる。

図４は、レーザ光の射出部分にλ／４板を配置した場合のレーザ干渉計の構成を示す図、図５は図４に示すレーザ干渉計と組み合わされる光学アダプタの構成を示す図である。

図４に示すレーザ干渉計１４Ａは、円偏光のレーザ光を照射するように設計されたものであり、λ／４板６を設けることでレーザ干渉計１４Ａから射出されるレーザ光は円偏光となる。したがって、このようなレーザ干渉計に上記の光学アダプタ３を組み合わせると、ミラー３１，３２に円偏光のレーザ光が照射されるため、正しい偏光状態が得られなくなる。したがって、この場合には、図４および図５に示すように、光学アダプタ３Ａにλ／４板３４を追加すればよい。これにより、ミラー３１，３２を経由するレーザ光は常に直線偏光となり、干渉計内部で所望の偏光状態を得ることが可能となる。この場合には、円偏光のレーザ光を射出する設計のレーザ干渉計に手を加えることなく、そのまま利用できる。この場合、光学アダプタ３Ａを取り去れば、干渉計から射出されるレーザ光をそのまま利用した測長が可能となる。ただし、高価なλ／４板の使用枚数が増加するため、コストの点では図１に示す構成がより好ましい。また、受光量が低下し、光軸調整範囲や最大測長距離などに制限を受ける可能性もある。

以上説明したように、本発明の位置決め装置によれば、レーザ光の光路を変更させるので、アッベ誤差を解消できる。また、光学アダプタのミラーを経由するレーザ光が円偏光であるため、所望の偏光状態を維持することができる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダを位置決めする位置決め装置等に対し、広く適用することができる。

１スライダ
３，３Ａ光学アダプタ
１４，１４Ａレーザ干渉計
２４固定ミラー
３１，３２ミラー
３３ λ／４板
３４ λ／４板

Claims

スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダを位置決めする位置決め装置において、
前記レーザ干渉計から得られた直線偏光のレーザ光を折り曲げることで、そのレーザ光の光路を変更させるミラーと、
前記ミラーを経由した前記レーザ光を円偏光のレーザ光に変換して前記固定ミラーに照射するλ／４板と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
前記レーザ干渉計から射出された円偏光のレーザ光を前記直線偏光のレーザ光に変換するλ／４板を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
スライダに搭載されたレーザ干渉計と、固定ミラーとを備え、前記レーザ干渉計と前記固定ミラーとの間で往復するレーザ光を用いてレーザ干渉に基づく測長を行うことで前記スライダを位置決めする位置決め装置に対し着脱可能な光学アダプターであって、
前記レーザ干渉計から得られた直線偏光のレーザ光を折り曲げることで、そのレーザ光の光路を変更させるミラーと、
前記ミラーを経由した前記レーザ光を円偏光のレーザ光に変換して前記固定ミラーに照射するλ／４板と、
を備えることを特徴とする光学アダプター。
前記レーザ干渉計から射出された円偏光のレーザ光を前記直線偏光のレーザ光に変換するλ／４板を備えることを特徴とする請求項３に記載の光学アダプター。