JP4629134B2 - Ｘｙステージ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザー干渉計による位置測長機能を有するＸＹステージ装置に関する。
一般的に大気中で運用されるレーザー干渉計測長器は気圧、温度、湿度あるいは空気揺らぎなどの環境の変化で測長誤差を生ずることが知られている。気圧、温度、湿度のような長期的かつ緩やかな環境変化にはＥＤＬＥＮの公式を用いた補償方法があるが、空気揺らぎのような比較的速い環境変化の補償性に欠ける。特に運動中においても高精度な位置測長が要求されるＸＹステージなどはこの空気揺らぎの影響が無視できない。
この問題を解決する技術として、ステージ位置を測長するレーザー干渉計と固定位置を測長する参照用レーザー干渉計を設け、各レーザー干渉計における空気揺らぎなど環境変化が同一であるものとみなし、参照用レーザー干渉計の測長値を基にステージ位置の測長誤差を補正する方式が提案されている（特許文献１）。また、特許文献１ではレーザー干渉計の測長光路を筒状の治具で保護し、空気揺らぎによる測長誤差を低減する方法も示されている。
特開２０００−１００７０４号公報
もっとも、この特許文献１の技術では参照用レーザー干渉計を設けるため複雑な光学系を要する。また、複数のレーザー干渉計の測長光路を理想的に隣接させる構造は難しく、同一測長環境とは必ずしも言えないため測長誤差補正の安定性に欠ける。また、レーザー干渉計の測長光路を筒状の治具で保護する提案は、干渉計側の固定筒で測長光路の一部を保護する方法に留まるもので空気揺らぎによる測長誤差の低減は必ずしも十分ではない。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、レーザー干渉計による位置測長部位がＸＹ方向に運動するＸＹステージにおいて、レーザー干渉計の測長光路を十分に覆う測長光路筒機構を備えることで空気揺らぎによる測長誤差を低減できるＸＹステージ装置を提供することにある。
本発明の一態様のＸＹステージ装置は、ステージ定盤と、前記ステージ定盤上に設けられ、前記ステージ定盤に対しＹ方向に移動するＹステージと、前記Ｙステージに支持され、前記ステージ定盤に対しＸＹ方向に移動するＸステージと、前記Ｘステージ上に設けられるワーク部と、前記ワーク部のＸ方向の位置を測長するためのＸ測長光路筒機構と、前記ワーク部のＹ方向の位置を測長するためのＹ測長光路筒機構と、を備え、前記Ｘ測長光路筒機構は、Ｘレーザー干渉計と、前記ワーク部と前記Ｘレーザー干渉計間のＸ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記第Ｘ測長光路の前記Ｘレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｘレーザー干渉計に固定されるＸ固定筒と、前記Ｘ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｘ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｘステージの移動と連動して運動するＸ可動筒と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｙ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記Ｘステージに固定される第１スライダ機構と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｘ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記ステージ定盤に固定される第２スライダ機構と、を有し、前記Ｘ固定筒または前記Ｘ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入され、前記Ｙ測長光路筒機構は、Ｙレーザー干渉計と、前記ワーク部と前記Ｙレーザー干渉計間のＹ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記第Ｙ測長光路の前記Ｙレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｙレーザー干渉計に固定されるＹ固定筒と、前記Ｙ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｙ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｙステージに固定されるＹ可動筒と、を有し、前記Ｙ固定筒または前記Ｙ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入されることを特徴とする。
ここで、前記一方の端部と前記他方の端部が互いに非接触で挿入されることが望ましい。
ここで、前記Ｘ固定筒と前記Ｘ可動筒により前記Ｘ測長光路の略全域が覆われ、前記Ｙ固定筒と前記Ｙ可動筒により前記Ｙ測長光路の略全域が覆われていることが望ましい。
本発明によれば、レーザー干渉計による位置測長部位がＸＹ方向に運動するＸＹステージにおいて、レーザー干渉計の測長光路を十分に覆う測長光路筒機構を備えることで空気揺らぎによる測長誤差を低減できるＸＹステージ装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態のＸＹステージ装置は、ＸＹ方向に移動するステージと、このステージの位置を測長するためのレーザー干渉計とを有している。そして、ステージとレーザー干渉計間の測長光路の少なくとも一部を覆い、測長光路のレーザー干渉計側に設けられ、レーザー干渉計に固定される固定筒と、測長光路の少なくとも一部を覆い、測長光路のステージ側に設けられ、ステージの移動と連動して運動する可動筒とを備える測長光路筒機構を有している。そして、固定筒または可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入されるテレスコピックな構造を備えている。
図１は、本実施の形態のＸＹステージ装置の上面図である。本実施の形態のＸＹステージ装置１０は、ステージ定盤面１２にＹステージ１４、Ｙステージ１４上にＸステージ（またはＸＹステージ）１６を搭載したスタック構造のＸＹステージを供えている。
Ｙステージ１４は、ステージ定盤面１２に固定されるＹエアガイド１８に沿ってＹ方向に運動する。また、Ｘステージ１６は、Ｙステージ１４に固定されるＸエアガイド２０に沿ってＸ方向に移動する。これらの機構によりＸステージ１６上のワーク部２２は、ステージ定盤面１２に対しＸＹ方向に移動することが可能となる。
移動するワーク部２２のＸおよびＹ方向の位置の測長は、レーザー干渉計とワーク部２２近傍に固定される反射鏡を用いて行われる。Ｘ方向の測長は、Ｘレーザー干渉計２４から発射されるレーザー光がＸ反射鏡２６によって反射され、発射光と反射光の干渉波を観測することにより、Ｘ測長光路２８の光路長を測長する。Ｙ方向の測長も同様に、Ｙレーザー干渉計３０から発射されるレーザー光がＹ反射鏡３２によって反射され、発射光と反射光の干渉波を観測することにより、Ｙ測長光路３４の光路長を測長する。
このようなレーザー干渉計２４、３０による位置測長機能を有するＸＹステージ装置１０には、Ｘ測長光路２８、Ｙ測長光路３４それぞれの略全域を機械的限界まで覆うＸ測長光路筒機構３６とＹ測長光路筒機構３８がそれぞれ設けられている。Ｘ測長光路筒機構３６は、Ｘステージ１６とレーザー干渉計２４間のＸ測長光路２８を覆い、Ｘ測長光路２８のレーザー干渉計２４側に設けられ、レーザー干渉計２４に対し、相対的に固定されるＸ固定筒４０を有する。また、Ｘ測長光路２８を覆い、Ｘ測長光路２８のＸステージ１６側、すなわち、Ｘステージ１６のワーク部２２近傍に固定したＸ反射鏡２６側に設けられるＸ可動筒４２を備える。また、Ｘ測長光路筒機構３６は、Ｘステージ１６に固定される第１スライダ機構４４とステージ定盤１２に固定される第２スライダ機構４６を備えている。
第１スライダ機構４４は、Ｘ固定筒４０またはＸ可動筒４２が存在しても、Ｘステージ１６がＸ測長光路２８と垂直方向に移動することを許容する。また、第２スライダ機構４６は、Ｘステージ１６がＸ測長光路２８と平行方向に移動することを許容する。
ここで、Ｘ固定筒４０の端部が、Ｘ可動筒４２の端部に非接触に挿入されている。そして、Ｘ可動筒４２が第１スライダ機構４４と第２スライダ機構４６の双方で保持される。より具体的には、第１スライダ機構４４のＹスライダ部４８と、第２スライダ機構４６のＸスライダ部５０の２箇所に固定され保持される。
Ｘステージ１６の運動時、すなわちワーク部２２がＸ測長光路方向に平行方向であるＸ方向に動く場合、Ｘ可動筒４２は第１スライダ機構４４のスライド方向と垂直方向の力の伝達によってＸステージ１６と一体で運動する。そして、その運動方向を許容する第２スライダ機構４６によって、Ｘ固定筒４０に対する動作を安定に支えている。
Ｙステージ１４の運動時、すなわちワーク部２２がＹ方向に動く場合、第１スライダ機構４４によって、Ｘ可動筒４２に干渉することなくその運動方向が許容される。このスライダ機構４４、４６を設けた構造によりＸ可動筒４２の端面をＸ反射鏡２６の近傍にまで配置することができる。そして、Ｘ固定筒４０をＸレーザー干渉計カバー５２と一体で固定することとによって測長範囲のＸ測長光路２８の略全域を機械的限界まで覆うことを実現している。ここでの機械的限界まで覆うとは、Ｘ可動筒４２の端面とＸ反射鏡２６の距離を、互いが相対移動する際に接触しないぎりぎりの距離にすることである。
一方、Ｙ測長光路筒機構３８はＸ測長光路筒機構３６と同様にＹレーザー干渉計３０側に配置するＹ固定筒５４と、ワーク部２２付近に固定したＹ反射鏡３２側に配置するＹ可動筒５６をそなえる。そして、Ｙステージ１４に固定したＹ可動筒保持具５８によりＹ可動筒５６を固定しＹ固定筒５４をＹレーザー干渉計カバー５９と一体で固定することによって、Ｘ測長光路筒機構３６のようなスライダ機構を設けることなく比較的容易にＹ測長光路３４の略全域を機械的限界まで覆うことを実現している。
本実施の形態のＸＹステージ装置によれば、測長光路の略全域を機械的限界まで測長光路筒で覆うことにより、ＸＹステージの運動中においてもレーザー干渉計の空気揺らぎによる測長誤差を最小化することができる。したがって、位置測長の信頼性を向上させたＸＹステージ装置を提供することができる。
空気揺らぎによる測長誤差を、最小化する観点からは、可動筒の端面とＸ反射鏡の距離を５ｍｍ以下とすることが望ましい。
また、接触によるＸＹステージ動作への影響をなくすために、上述したように固定筒の端部が可動筒の端部に非接触に挿入されていることが望ましいが、接触させた状態で挿入することを必ずしも排除するわけではない。また、図１では固定筒の端部が可動筒の端部に挿入されている構造を例に説明したが、逆に、可動筒の端部が固定筒の端部に挿入されている構造であっても構わない。
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態のＸＹステージ装置の上面図である。図２では、本実施の形態のＸＹステージ装置６０のＸＹステージならびに測長光路筒機構の一部を拡大して示している。なお、ＸＹステージ（Ｘステージ）１６については簡略のためガイドなどの図示を省略している。なお、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
ＸＹステージ１６には、Ｘ反射鏡２６が固着されている。測長光路筒機構６２は、ＸＹステージ１６に固定治具６４ａ，６４ｂを介して支持されるＹスライダ機構軸６６と、Ｙスライダ機構軸６６に沿ってＹ移動方向７０にスライドするＹスライダ部４８と、Ｙスライダ部４８に固着されたＸ可動筒（第１測長光路筒）４２と、Ｘ可動筒（第１測長光路筒）４２とＸスライダ部７２を介してテレスコピックに支持されているＸ固定筒（第２測長光路筒）４０と、Ｘ固定筒（第２測長光路筒）４０が固着されている干渉計ベース７４と、レーザー干渉計の測長光路２８をＸ反射鏡２６へ導入するミラーユニット７６と、で構成されている。
特に、Ｘ可動筒（第１測長光路筒）４２とＸ固定筒（第２測長光路筒）４０はレーザー干渉計の測長光路２８を明示するため、図２では、その断面を示している。光路遮蔽カバー７８はＸ可動筒４２とＸ反射鏡２６との隙間に発生する空気の流れを防ぐ目的で設置されるものである。同様に光路遮蔽カバー８０は、Ｘ固定筒４０とミラーユニット７６との隙間に発生する空気の流れを防ぐ目的で設置されるものである。
このような構成の測長光路筒機構６２は、Ｘ可動筒４２とＸ固定筒４０のガイドを光路筒内外面に形成してＸ移動方向８２にスライドするように構成している。このため、図１のＸＹステージ装置１０の測長光路筒機構に比べてガイドを別に設ける必要がなく、部品点数が少なく、信頼性の高い測長光路筒機構となる。Ｘ可動筒４２とＸ固定筒４０の内外面に形成するＸスライダ部７２としては、好適にはエアスライダ、磁気スライダ、または転がり軸受けなどが適用できる。
また、光路遮蔽カバー７８、８０は、Ｘ可動筒４２とＸ反射鏡２６、あるいはＸ固定筒４０とミラーユニット７６との隙間に発生する空気の流れを防ぐことができ、レーザー干渉計の値をふらつかせることなく、より安定した計測が可能となる。
図３から図９は、ＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。ＸＹステージ１６をノーマル位置から各位置に移動したときのＸ可動筒４２とＸ固定筒４０とスライダ部４８、７２の位置関係を示している。このようにＸＹステージ１６がいろいろな場所に移動しても、Ｘ可動筒４２とＸ固定筒４０とは光路カバーとしての役割を果たしている。
なお、本実施の形態のＸＹステージ装置によれば、第１の実施の形態のＸＹステージ装置同様、測長光路の略全域を機械的限界まで測長光路筒で覆うことにより、ＸＹステージの運動中においてもレーザー干渉計の空気揺らぎによる測長誤差を最小化することができる。したがって、位置測長の信頼性を向上させたＸＹステージ装置を提供することができる。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態では、スタック構造のＸＹステージを例に説明したが、スタック構造のＸＹステージに限定することなく定盤滑走型ＸＹステージ等にも応用できる。
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのＸＹステージ装置は、本発明の範囲に包含される。
第１の実施の形態のＸＹステージ装置の上面図である。 第２の実施の形態のＸＹステージ装置の上面図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。 第２の実施の形態のＸＹステージの移動と測長光路筒機構との位置関係を示す図である。
符号の説明
１０ ＸＹステージ装置
１２ ステージ定盤面
１４ Ｙステージ
１６ Ｘステージ
１８ ガラスカバー
２０ Ｘエアガイド
２２ ワーク部
２４ Ｘレーザー干渉計
２６ Ｘ反射鏡
２８ Ｘ測長光路
３０ Ｙレーザー干渉計
３２ Ｙ反射鏡
３４ Ｙ測長光路
３６ Ｘ測長光路筒機構
３８ Ｙ測長光路筒機構
４０ Ｘ固定筒
４２ Ｘ可動筒
４４ 第１スライダ機構
４６ 第２スライダ機構
４８ Ｙスライダ部
５０ Ｘスライダ部
５２ Ｘレーザー干渉計カバー
５４ Ｙ固定筒
５６ Ｙ可動筒
５８ Ｙ可動筒保持具
５９ Ｙレーザー干渉計カバー
６０ ＸＹステージ装置
６２ 測長光路筒機構
６４ａ、ｂ 固定治具
６６ Ｙスライダ機構軸
７０ Ｙ移動方向
７２ Ｘスライダ部
７４ 干渉計ベース
７６ ミラーユニット
７８ 光路遮蔽カバー
８０ 光路遮蔽カバー
８２ Ｘ移動方向

Claims (3)

  1. ステージ定盤と、
    前記ステージ定盤上に設けられ、前記ステージ定盤に対しＹ方向に移動するＹステージと、
    前記Ｙステージに支持され、前記ステージ定盤に対しＸＹ方向に移動するＸステージと、
    前記Ｘステージ上に設けられるワーク部と、
    前記ワーク部のＸ方向の位置を測長するためのＸ測長光路筒機構と、
    前記ワーク部のＹ方向の位置を測長するためのＹ測長光路筒機構と、
    を備え、
    前記Ｘ測長光路筒機構は、Ｘレーザー干渉計と、前記ワーク部と前記Ｘレーザー干渉計間のＸ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記第Ｘ測長光路の前記Ｘレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｘレーザー干渉計に固定されるＸ固定筒と、前記Ｘ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｘ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｘステージの移動と連動して運動するＸ可動筒と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｙ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記Ｘステージに固定される第１スライダ機構と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｘ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記ステージ定盤に固定される第２スライダ機構と、を有し、前記Ｘ固定筒または前記Ｘ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入され、
    前記Ｙ測長光路筒機構は、Ｙレーザー干渉計と、前記ワーク部と前記Ｙレーザー干渉計間のＹ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記第Ｙ測長光路の前記Ｙレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｙレーザー干渉計に固定されるＹ固定筒と、前記Ｙ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｙ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｙステージに固定されるＹ可動筒と、を有し、前記Ｙ固定筒または前記Ｙ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入されることを特徴とするＸＹステージ装置。
  2. 前記一方の端部と前記他方の端部が互いに非接触で挿入されることを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ装置。
  3. 前記Ｘ固定筒と前記Ｘ可動筒により前記Ｘ測長光路の略全域が覆われ、前記Ｙ固定筒と前記Ｙ可動筒により前記Ｙ長光路の略全域が覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＸＹステージ装置。
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