JP7242422B2

JP7242422B2 - ステージ姿勢把握装置、ステージ移動装置、ステージ姿勢把握方法、およびステージ姿勢修正方法

Info

Publication number: JP7242422B2
Application number: JP2019094207A
Authority: JP
Inventors: 宏昭臼本
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2023-03-20
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: JP2020190582A

Description

本発明は、被処理物を保持するステージの姿勢を把握するステージ姿勢把握装置、および、当該ステージを移動させるステージ移動装置に関する。

従来、基板等の被処理物の表面に対して露光や塗布等の処理を行う処理装置において、被処理物を移動させつつ、処理部による処理を行う方法が知られている。例えば、特許文献１には、描画対象である基板を移動させつつ、感光材料が塗布された基板の主面に対して空間変調された光を照射してパターンを描画する描画装置が記載されている。

特許文献１に記載の描画装置は、基板を水平姿勢で保持するステージと、ステージを移動方向に沿って案内する一対の移動機構（リニアモータおよびガイドレール）とを有している。この種の装置では、一対の移動機構の条件の違い等の機械構成上の問題によって、ステージの移動方向に対する角度（Ｙａｗ角度、回転角度）が傾いたり（偏走）、当該Ｙａｗ角度が変動したり（偏揺れ）する場合がある。

特開２０１６－７２４３４号公報

偏走や偏揺れ等の所謂ヨーイング現象が生じると、処理部による処理についてプロセス品質が低下する。ヨーイング現象を抑制する方法として、例えば、ステージ移動機構の機械的精度を向上させる方法がある。しかしながら、機械的精度の追求を行うと、その実現コストが高くなる。さらに、十分な機械的精度を有する装置であっても、部品の摩耗や劣化等の経時変化によって機械的精度は低下する。

また、生じたヨーイング現象に対処する方法として、例えば、特許文献１に記載のレーザ光の反射を用いた位置パラメータ計測機構によってステージまたはステージ上の被処理物の位置を計測し、回転角度を検出する方法がある。この場合、検出した回転角度に基づいてステージ姿勢を補正したり、ステージ姿勢は補正せずに処理部による処理位置を補正したりすることで、被処理物に対する処理位置がずれることを抑制できる。しかしながら、このようなレーザ光の反射を用いた位置パラメータ計測機構を設けると、コストがかかるとともに、装置の体格が大きくなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、直接回転角度を検出することなく、ステージ姿勢を推定することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握装置であって、入力信号を取得する入力信号取得部と、前記入力信号から前記ステージ姿勢を推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルに前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する姿勢推定部と、を備え、前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号、または一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分を含む未処理信号に対して所定の処理を行った被処理信号であり、前記入力信号は、横軸を時刻ｔにおける前記未処理信号、縦軸を時刻ｔ＋Δｔにおける前記未処理信号とした時系列座標データ、あるいは、前記時系列座標データの表示動画であり、前記ステージ移動機構は、上面に被処理物を載置するためのステージと、前記ステージとともに移動する一対の移動体と、前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、を有し、前記センサは、前記エアベアリングにおける気圧を計測する圧力センサと、前記移動機構におけるトルクを計測するトルク検出センサと、前記移動体の加速度を計測する加速度センサと、の少なくとも１つを含み、前記検出信号は、前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、前記移動機構の一方または両方における前記トルクと、前記移動体の一方または両方における前記加速度と、の少なくとも１つを含む。
本願の第２発明は、ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握装置であって、入力信号を取得する入力信号取得部と、前記入力信号から前記ステージ姿勢を推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルに前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する姿勢推定部と、を備え、前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられた一対のセンサから得られた一対の検出信号の差分、または、前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、前記ステージ移動機構は、上面に被処理物を載置するためのステージと、前記ステージとともに移動する一対の移動体と、前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、を有し、前記センサは、少なくとも前記移動機構におけるトルクを計測する一対のトルク検出センサを含み、前記検出信号は、少なくとも前記移動機構の両方における前記トルクを含み、前記入力信号は、前記トルクの差分、または、前記トルクの差分に所定の処理を行った被処理信号である。

本願の第３発明は、第１発明または第２発明のステージ姿勢把握装置であって、前記学習モデルは、前記入力信号を入力するとともに、前記ステージ姿勢を検知した検知信号を教師データとして与えることによって得られたモデルである。

本願の第４発明は、第１発明のステージ姿勢把握装置であって、前記検出信号は、少なくとも前記トルクの差分を含む。

本願の第５発明は、上面に被処理物を載置するためのステージを移動させるステージ移動装置であって、ステージ移動機構と、入力信号を取得する入力信号取得部と、前記入力信号から前記ステージ移動機構のステージ姿勢を推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルに前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する姿勢推定部と、を備え、前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号、一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分、または、前記検出信号または前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、前記ステージ移動機構は、上面に被処理物を載置するためのステージと、前記ステージとともに移動する一対の移動体と、前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、前記ステージの姿勢を修正するステージ姿勢修正機構と、を有し、前記センサは、前記エアベアリングにおける気圧を計測する圧力センサと、前記移動機構におけるトルクを計測するトルク検出センサと、前記移動体の加速度を計測する加速度センサと、の少なくとも１つを含み、前記検出信号は、前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、前記移動機構の一方または両方における前記トルクと、前記移動体の一方または両方における前記加速度と、の少なくとも１つを含み、前記ステージ姿勢修正機構は、前記姿勢推定部の出力した前記推定ステージ姿勢に基づいて、前記ステージの姿勢を修正する。

本願の第６発明は、ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握方法であって、ａ）入力信号を入力とし、前記ステージ姿勢を出力の教師データとして、前記入力信号と前記ステージ姿勢との関係を機械学習した姿勢推定部を準備する工程と、ｂ）前記工程ａ）の後に、前記姿勢推定部に前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する工程と、を有し、前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号または一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分を含む未処理信号に対して所定の処理を行った被処理信号であり、前記入力信号は、横軸を時刻ｔにおける前記未処理信号、縦軸を時刻ｔ＋Δｔにおける前記未処理信号とした時系列座標データ、あるいは、前記時系列座標データの表示動画であり、前記ステージ移動機構は、上面に被処理物を載置するためのステージと、前記ステージとともに移動する一対の移動体と、前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、を有し、前記検出信号は、前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、前記移動機構の一方または両方におけるトルクと、前記移動体の一方または両方における加速度と、の少なくとも１つを含む。

本願の第７発明は、ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握方法であって、ａ）入力信号を入力とし、前記ステージ姿勢を出力の教師データとして、前記入力信号と前記ステージ姿勢との関係を機械学習した姿勢推定部を準備する工程と、ｂ）前記工程ａ）の後に、前記姿勢推定部に前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する工程と、を有し、前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられた一対のセンサから得られた一対の検出信号の差分、または、前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、前記ステージ移動機構は、上面に被処理物を載置するためのステージと、前記ステージとともに移動する一対の移動体と、前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、を有し、前記検出信号は少なくとも、前記移動機構の両方におけるトルクを含み、前記入力信号は、前記トルクの差分、または、前記トルクの差分に所定の処理を行った被処理信号である。

本願の第８発明は、ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢修正方法であって、ａ）入力信号を入力とし、前記ステージ姿勢を出力の教師データとして、前記入力信号と前記ステージ姿勢との関係を機械学習した姿勢推定部を準備する工程と、ｂ）前記工程ａ）の後に、前記姿勢推定部に前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する工程と、ｃ）前記工程ｂ）で出力された前記推定ステージ姿勢に基づいて、ステージの姿勢を修正する工程と、を有し、前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号、一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分、または、前記検出信号または前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、前記ステージ移動機構は、上面に被処理物を載置するための前記ステージと、前記ステージとともに移動する一対の移動体と、前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、を有し、前記検出信号は、前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、前記移動機構の一方または両方におけるトルクと、前記移動体の一方または両方における加速度と、の少なくとも１つを含む。

本願の第１発明から第８発明によれば、各センサからの検出信号に基づいてステージ姿勢を推定することができる。したがって、直接ステージの回転角度を検出することなく、ステージ姿勢を把握することができる。

第１実施形態に係る描画装置の斜視図である。第１実施形態に係る描画装置の制御ブロック図である。第１実施形態に係る描画装置の構成を示した概略上面図である。第１実施形態に係るステージ移動装置の構成を示した概略断面図である。被処理回転角度、被処理トルク差および被処理第１圧力値の例を概念的に示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．描画装置の構成＞
本発明のステージ移動装置の第１実施形態に係るステージ移動機構１を有する描画装置９について、図１を参照しつつ説明する。図１は、描画装置９の斜視図である。図２は、描画装置９の制御ブロック図である。図３は、描画装置９の構成を示した概略上面図である。

描画装置９は、感光材料が表面に塗布された半導体基板やガラス基板等の基板Ｗの表面に対して、空間変調された光を照射してパターンを描画する、直接描画装置である。なお、基板Ｗは、基層のみからなる単層基板であってもよく、基層の少なくとも一方側の表面に機能層が積層された積層基板であってもよい。以下では、描画装置９が積層基板である基板Ｗの表面にパターンを描画する場合について説明する。

描画装置９は、図１に示すように、ステージ移動機構１と、フレーム９１と、描画処理部９２と、制御部１００とを有する。

ステージ移動機構１は、基板Ｗを水平姿勢で保持するステージＳの水平方向（主走査方向および副走査方向）の位置を移動させるための装置である。ステージ移動機構１は、ステージ移動機構１の各部を支持する基台１１を有する。ステージ移動機構１の詳細な構成については、後述する。

フレーム９１は、描画処理部９２を基台１１の上方において保持する。フレーム９１は、２つの脚部９１１と、ヘッド固定部９１２とを有する。２つの脚部９１１はそれぞれ、基台１１の副走査方向の端部から上方へ向かって柱状に延びる。ヘッド固定部９１２は、２つの脚部９１１の上端部同士を副走査方向に繋ぐ。

図３に示すように、描画処理部９２は、２つの光学ヘッド８１と、照明光学系８２と、レーザ発振器８３と、レーザ駆動部８４とを有する。２つの光学ヘッド８１は、ヘッド固定部９１２に固定される。照明光学系８２、レーザ発振器８３およびレーザ駆動部８４は、例えば、フレーム９１のヘッド固定部９１２の内部の空間に収容される。

光学ヘッド８１は、照明光学系８２を介してレーザ発振器８３に接続されている。また、レーザ発振器８３には、レーザ発振器８３の駆動を行うレーザ駆動部８４が接続されている。レーザ駆動部８４を動作させると、レーザ発振器８３からパルス光が出射され、当該パルス光が照明光学系８２を介して光学ヘッド８１の内部に導入される。

光学ヘッド８１の内部には、光を空間変調する空間光変調器や、光学ヘッド８１の内部に導入されたパルス光を空間光変調器を介して基板Ｗの上面に照射する光学系などが設けられている。空間光変調器としては、たとえば、回折格子型の空間光変調器であるＧＬＶ（登録商標：Grating Light Valve）等が採用される。光学ヘッド８１の内部に導入されたパルス光は、空間光変調器等によって所定のパターン形状に成形された光束として基板Ｗの上面に照射される。これにより、基板Ｗ上のレジスト等の感光層を露光し、基板Ｗの表面にパターンが描画される。

描画処理を行う際には、光学ヘッド８１による露光と、ステージ移動機構１による基板Ｗの移動とを繰り返して行う。具体的には、露光と、露光幅分の基板Ｗの副走査方向の移動とを繰り返して副走査方向に延びる領域の描画を行った後、ステージ移動機構１が基板Ｗを主走査方向へと移動する。このように、副走査方向に延びる領域の描画と、主走査方向の移動とを繰り返して、基板Ｗの描画領域全体にパターンを形成する。

制御部１００は、ステージ移動機構１を含む描画装置９の各部の動作を制御する。制御部１００は、図２に示すように、描画装置９の各部と電気的に接続される。具体的には、制御部１００は、ステージ移動機構１の後述する主走査機構１３、副走査機構１５および回転機構１６の各部と、ステージ移動機構１の後述する圧力センサ２１、トルク検出センサ２２および加速度センサ２３と、描画処理部９２の光学ヘッド８１およびレーザ駆動部８４と接続される。

図１中に概念的に示したように、制御部１００は、ＣＰＵ等の演算処理部１０１、ＲＡＭ等のメモリ１０２、およびハードディスクドライブ等の記憶部１０３を有するコンピュータにより構成されている。制御部１００は、記憶部１０３に記憶されたコンピュータプログラムＰやデータＤを、メモリ１０２に読み出し、当該コンピュータプログラムＰおよびデータＤに基づいて、演算処理部１０１が演算処理を行うことにより、描画装置９内の各部の動作を制御する。これにより、描画装置９における描画処理が実行される。

＜２．ステージ移動機構の構成＞
次に、ステージ移動機構１の構成について、図１～図４を参照しつつ説明する。図４は、ステージ移動機構１の構成を示した概略断面図である。

ステージ移動機構１は、ステージＳと、基台１１と、ベースプレート１２と、主走査機構１３と、支持プレート１４と、副走査機構１５と、回転機構１６と、ステージ姿勢把握装置１０を有する。

ステージＳは、その上面に、被処理物である基板Ｗを載置する。本実施形態のステージＳは、平板状の外形を有し、上面が基板Ｗを保持する保持面となっている。ステージＳの保持面には、基板Ｗを保持するために、例えば、基板Ｗの端部を保持するチャックピンや、基板Ｗの裏面を吸着保持する真空吸引部等の保持機構が設けられる。

基台１１は、ステージ移動機構１の各部と、フレーム９１および描画処理部９２とを安定的に保持するための台である。基台１１の下面には、４つの脚部１１１および２つのダンパ１１２が設けられている。脚部１１１およびダンパ１１２の長さは調整可能であるため、基台１１を水平に設置することができる。

ベースプレート１２は、基台１１上において、主走査機構１３によって主走査方向に移動可能に支持されている。主走査機構１３は、一対のリニアモータ１３１と、一対のエアガイド１３２とを有する。

一対のリニアモータ１３１はそれぞれ、固定子１３１ａおよび移動子１３１ｂを有する。固定子１３１ａは、基台１１の上面に敷設され、主走査方向に延びる。２つの固定子１３１ａはそれぞれ、基台１１の副走査方向の両端部付近に配置される。移動子１３１ｂは、ベースプレート１２に対して直接または間接的に固定され、ベースプレート１２とともに主走査方向に移動する。本実施形態では、移動子１３１ｂは、エアガイド１３２の後述するエアベアリング１３２ｂを介してベースプレート１２に固定される。

一対のエアガイド１３２はそれぞれ、ガイドレール１３２ａおよびエアベアリング１３２ｂを有する。エアガイド１３２は、エアスライドとも称される案内機構である。ガイドレール１３２ａは、基台１１の上面に敷設され、主走査方向に延びる。１対のガイドレール１３２ａはそれぞれ、一対の固定子１３１ａの副走査方向内側に沿って配置される。

一対のエアベアリング１３２ｂはそれぞれ、ベースプレート１２の副走査方向の両端部に固定されている。また、一対の移動子１３１ｂがそれぞれ、一対のエアベアリング１３２ｂに固定されている。

エアベアリング１３２ｂは、ガイドレール１３２ａの上方に配置される。図４に示すように、エアベアリング１３２ｂの下面には、ガイドレール１３２ａの上面に向かって気体を吐出するためのエア供給孔１３２ｃが設けられている。ステージ移動機構１の駆動時には、ユーティリティ設備からエアベアリング１３２ｂに常時エアが供給される。これにより、エアベアリング１３２ｂの下面に設けられたエア供給孔１３２ｃからガイドレール１３２ａに向けて加圧気体が供給される。その結果、エアベアリング１３２ｂは、ガイドレール１３２ａ上に非接触で浮上支持される。

このような構成により、リニアモータ１３１を動作させると、ベースプレート１２は、エアガイド１３２に非接触で案内された状態で主走査方向に沿って低摩擦で滑らかに移動することができる。

なお、本実施形態では、移動子１３１ｂおよびエアベアリング１３２ｂはベースプレート１２の側方に配置されているが、本発明はこの限りではない。移動子１３１ｂおよびエアベアリング１３２ｂは、ベースプレート１２の下面に配置されていてもよい。

本実施形態では、移動子１３１ｂおよびエアベアリング１３２ｂが、「移動体」を構成している。また、リニアモータ１３１が、移動体である移動子１３１ｂを主走査方向に移動させる「移動機構」を構成している。また、ガイドレール１３２ａが、移動体であるエアベアリング１３２ｂの下方に配置され、エアベアリング１３２ｂを主走査方向に案内する「ガイド部」を構成する。

支持プレート１４は、ベースプレート１２上において、副走査機構１５によって副走査方向に移動可能に支持されている。副走査機構１５は、リニアモータ１５１と、一対のガイド１５２とを有する。

リニアモータ１５１は、固定子１５１ａおよび移動子１５１ｂを有する。固定子１５１ａは、ベースプレート１２の上面に敷設され、副走査方向に延びる。固定子１５１ａは、ベースプレート１２の主走査方向の略中央に配置される。移動子１５１ｂは、支持プレート１４の下面に固定され、支持プレート１４とともに副走査方向に移動する。

一対のガイド１５２はそれぞれ、ガイドレール１５２ａおよびボールベアリング１５２ｂを有する。ガイドレール１５２ａは、ベースプレート１２の上面に敷設され、副走査方向に延びる。一対のガイドレール１５２ａは、固定子１５１ａの主走査方向の両側に配置される。

一対のボールベアリング１５２ｂは、支持プレート１４の下面に固定される。一対のボールベアリング１５２ｂは、ガイドレール１５２ａに沿って移動可能に配置される。これにより、支持プレート１４がガイドレール１５２ａに沿って副走査方向に案内される。なお、本実施形態のガイド１５２には、ボールベアリングを用いたが、その他のベアリング機構が用いられてもよい。

このような構成により、リニアモータ１５１を動作させると、支持プレート１４は、ガイド１５２に案内された状態で副走査方向に沿って移動することができる。

回転機構１６は、支持プレート１４上にステージＳを回転可能に支持する。回転機構１６には、例えば、モータが用いられる。

このように、ステージＳは、主走査機構１３、副走査機構１５および回転機構１６によって、主走査方向および副走査方向に移動可能であるとともに、その回転角度を調整可能である。

また、ステージ移動機構１には、ステージ移動機構１の各部の状態を検出するための各種センサ２１～２３が設けられている。具体的には、ステージ移動機構１は、一対の主走査機構１３に設けられる一対の圧力センサ２１、一対のトルク検出センサ２２、および一対の加速度センサ２３を有する。

圧力センサ２１は、ガイドレール１３２ａとエアベアリング１３２ｂとの上下方向の間隙における気圧を計測する。なお、圧力センサ２１は、エアベアリング１３２ｂの内部において気体供給孔付近の気圧を計測するものであってもよい。トルク検出センサ２２は、リニアモータ１３１におけるモータトルクを計測する。加速度センサ２３は、リニアモータ１３１の移動子１３１ｂの加速度を計測する。これらの各種センサ２１～２３から得られた検出信号が、制御部１００に入力される。

ここで、ステージ移動機構１に対して着脱可能なステージ姿勢計測部７０について説明を行う。図３には、描画装置９に装着されたステージ姿勢計測部７０が示されている。ステージ姿勢計測部７０は、ステージＳの位置を計測する機構である。具体的には、ステージ姿勢計測部７０は、ステージＳの主走査方向の位置と、主走査方向に対する角度θ（以下では「回転角度θ」と称する）を計測する。

本実施形態のステージ姿勢計測部７０は、干渉式のレーザ測長器により構成される。ステージ姿勢計測部７０は、図２および図３に示すように、ミラー７１、レーザ光源７２、ビームスプリッタ７３、ビームベンダ７４、第１干渉計７５、第２干渉計７６、および計測制御部７７を有する。

ミラー７１は、ステージＳの主走査方向の一方の端部に固定される。ステージＳが主走査方向に対して真っ直ぐ配置されている場合、すなわち、回転角度θが０°である場合、ミラー７１は主走査方向に対して垂直に配置される。

レーザ光源７２は、副走査方向にレーザ光を出射する。レーザ光源７２から出射されたレーザ光は、その一部がビームスプリッタ７３で反射され、分光される。ビームスプリッタ７３で反射・分光された第１の分岐光は、主走査方向へ向かい、第１干渉計７５を介してミラー７１へと向かう。

レーザ光源７２から出射されたレーザ光のうち、ビームスプリッタ７３を透過した第２の分岐光は、ビームベンダ７４において反射され、主走査方向へ向かい、第２干渉計７６を介してミラー７１へと向かう。これにより、第１干渉計７５を介した第１の分岐光と、第２干渉計７６を介しが第２の分岐光とは、副走査方向の異なる位置でミラー７１に当たり、ミラー７１において反射される。

ミラー７１において反射した第１の分岐光は、第１干渉計７５に再び入射される。第１干渉計７５は、ミラー７１へ向かう第１の分岐光と、ミラー７１で反射された第１の分岐光との干渉に基づき、第１干渉計７５からミラー７１までの距離を計測する。同様に、ミラー７１において反射した第２の分岐光は、第２干渉計７６に再び入射される。第２干渉計７６は、ミラー７１へ向かう第２の分岐光と、ミラー７１で反射された第２の分岐光との干渉に基づき、第２干渉計７６からミラー７１までの距離を計測する。

計測制御部７７には、第１干渉計７５における計測結果と、第２干渉計７６における計測結果とが入力される。計測制御部７７は、第１干渉計７５および第２干渉計７６の計測結果に基づいて、ステージＳの主走査方向の位置と、ステージＳの回転角度θを算出することができる。

なお、本実施形態では、描画装置９の制御部１００が計測制御部７７の役割を果たしているが、本発明はこの限りではない。計測制御部７７は、制御部１００とは別のコンピュータ等により実現されてもよい。

このステージ姿勢計測部７０は、ステージ移動機構１に対して着脱可能である。後述する学習処理を行う際には、ステージ姿勢計測部７０をステージ移動機構１に装着して、ステージＳの回転角度θを計測する。この学習処理によって、学習モデルＭが構築される。その後、学習モデルＭを用いてステージ姿勢把握処理を行う際には、ステージ姿勢計測部７０はステージ移動機構１から取り外す。

ステージ姿勢計測部７０をステージ移動機構１の必須構成とすると、ステージ移動機構１の体格が大きくなるとともに、コストが増大する。そこで、本発明のステージ姿勢把握方法を用いることにより、ステージ姿勢計測部７０を有さないステージ移動機構１であっても、ステージＳの回転角度θを安定してステージＳの移動を行うことができる。

例えば、ステージ移動機構１の出荷前に学習処理を行えば、ステージ姿勢計測部７０を有してないステージ移動機構１を販売することができる。また、複数のステージ移動機構１を有するユーザが、１つのステージ姿勢計測部７０を用いて事前に各ステージ移動機構１の学習処理を行ってもよい。このようにすれば、複数のステージ移動機構１に対してステージ姿勢計測部７０は１つあればよい。

＜３．ステージ姿勢把握装置の構成＞
続いて、ステージ姿勢把握装置１０の構成について説明する。本実施形態のステージ姿勢把握装置１０は、描画装置９の有する制御部１００によって実現される。しかしながら、本発明はこれに限られない。ステージ姿勢把握装置１０は、描画装置９とは別個に設けられたコンピュータ等であってもよい。また、ステージ姿勢把握装置１０は、描画装置９の制御部１００と、インターネット等のネットワークを介して通信可能な装置であってもよい。

図２に示すように、制御部１００は、ソフトウェア上で実現される処理部として、入力信号取得部３３と、姿勢推定部３４とを有する。そして、入力信号取得部３３および姿勢推定部３４により、ステージ姿勢把握装置１０が構成される。

入力信号取得部３３には、ステージ移動機構１に設けられた各種センサ２１～２３から入力された検出信号を処理し、あるいは未処理のまま、姿勢推定部３４へと入力する。

入力信号取得部３３には、一対の圧力センサ２１から、一対のエアガイド１３２のそれぞれにおける圧力値として、第１圧力値Ｓ２１１および第２圧力値Ｓ２１２が入力される。入力信号取得部３３には、一対のトルク検出センサ２２から、一対のリニアモータ１３１におけるトルク値として、第１トルクＳ２２１および第２トルクＳ２２２が入力される。また、入力信号取得部３３には、一対の加速度センサ２３から、一対のリニアモータ１３１の移動子１３１ｂの加速度として、第１加速度Ｓ２３１および第２加速度Ｓ２３２が入力される。

入力信号取得部３３は、センサ２１～２３から入力された検出信号Ｓ２１１，Ｓ２１２，Ｓ２２１，Ｓ２２２，Ｓ２３１，Ｓ２３２に対して所定の処理を行った被処理信号を算出する。そして、当該被処理信号を、入力信号Ｓ３３として姿勢推定部３４へと入力する。

入力信号取得部３３が姿勢推定部３４へと入力する入力信号Ｓ３３には、例えば、検出信号Ｓ２１１，Ｓ２１２，Ｓ２２１，Ｓ２２２，Ｓ２３１，Ｓ２３２のうちの１つ以上が含まれてもよい。また、入力信号Ｓ３３には、検出信号の差分が含まれてもよい。すなわち、入力信号Ｓ３３には、第１圧力値Ｓ２１１および第２圧力値Ｓ２１２の差分と、第１トルクＳ２２１および第２トルクＳ２２２の差分と、第１加速度Ｓ２３１および第２加速度Ｓ２３２の差分とのいずれか１つ以上が含まれてもよい。

また、入力信号Ｓ３３には、検出信号または検出信号の差分である未処理信号に対して、所定のプロット処理を行った被処理信号が含まれてもよい。本実施形態において、プロット処理とは、未処理信号を、時刻ｔにおける未処理信号の値をｘ軸とし、時刻ｔ＋Δｔにおける未処理信号の値をｙ軸とした時系列２次元座標データへと変換する処理である。なお、被処理信号は、当該時系列２次元座標データの表示動画であってもよい。

検出信号は、例えば、１０００Ｈｚで検出されている。すなわち、検出信号のサンプリング間隔は、１ｍｓである。これに対し、プロット処理においてｘ軸の値とｙ軸の値との時刻差Δｔは、例えば、１０ｍｓとする。なお、時刻差Δｔは、サンプリング間隔と同じ１ｍｓであってもよいし、その他の任意の期間でもよい。

図５は、被処理回転角度、被処理トルク差および被処理第１圧力値の例を概念的に示した図である。図５の各グラフには、時刻ｔ＝Ｔ１～Ｔ１＋ΔＴ、時刻ｔ＝Ｔ２～Ｔ２＋ΔＴ、時刻ｔ＝Ｔ３～Ｔ３＋ΔＴの３つの期間における二次元座標データがプロットされている。

図５の上段には、回転角度θに対してプロット処理を行った被処理回転角度の例が示されている。図５の上段のグラフにおいて、横軸は時刻ｔにおける回転角度θ（ｔ）であり、縦軸は時刻ｔ＋Δｔにおける回転角度θ（ｔ＋Δｔ）である。

図５の中段には、第１トルクＳ２２１および第２トルクＳ２２２の差分に対してプロット処理を行った被処理トルク差が示されている。図５の中段のグラフにおいて、横軸は時刻ｔにおけるトルク差ΔＴｒ（ｔ）であり、縦軸は時刻ｔ＋Δｔにおけるトルク差ΔＴｒ（ｔ＋Δｔ）である。

また、図５の下段には、第１圧力値Ｓ２１１に対してプロット処理を行った被処理第１圧力値が、グラフで示されている。図５の下段のグラフにおいて、横軸は時刻ｔにおける第１圧力値Ｐｒ（ｔ）であり、縦軸は時刻ｔ＋Δｔにおける第１圧力値Ｐｒ（ｔ＋Δｔ）である。

ここで、図５中に示す時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１＋ΔＴよりも遅い時刻であり、時刻Ｔ３は、時刻Ｔ２＋ΔＴよりも遅い時刻である。図５中、各グラフ中には、時刻ｔ＝Ｔ１～Ｔ３＋ΔＴの期間の各二次元座標データ時系列の動きが、矢印で示されている。図５の上段および中段に示すように、被処理回転角度と被処理トルク差とは、類似の挙動をしているが、その動作変換点のタイミングが異なる。また、図５の下段に示す被処理第１圧力値は、ノイズが大きいため３つの期間のそれぞれについて挙動の傾向を把握するのが困難であるが、各期間を１つのまとまりとして、長い期間で観察すると時系列で一定の挙動をしていることがわかる。

入力信号Ｓ３３として被処理信号の時系列２次元座標データの表示動画を用いる場合、当該動画中に表示されるデータは、各時刻ｔに対応する２次元座標データのみであってもよいし、図５のように、時刻ｔ＝ｔ～ｔ＋ΔＴの範囲における２次元座標データを全て示したものであってもよい。すなわち、所定の期間ΔＴの範囲における２次元座標データをまとめて表示したものを入力信号Ｓ３３としてもよい。特に、図５の下段に示すようなノイズが大きい検出信号については、所定の期間の範囲における２次元座標データをまとめて表示することで、ノイズの影響を軽減できると考えられる。

姿勢推定部３４には、入力信号取得部３３から入力信号Ｓ３３が入力される。姿勢推定部３４は、入力信号Ｓ３３からステージ姿勢を示す回転角度θを推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルＭを有する。姿勢推定部３４は、この学習モデルＭに入力信号Ｓ３３を入力し、推定ステージ姿勢である推定回転角度θ’を出力する。

この学習モデルＭは、機械学習処理が施された、学習済み機械学習アルゴリズムである。学習モデルＭを得るために用いられる機械学習アルゴリズムには、例えば、一層ニューラルネットワークやディープラーニング等を含むニューラルネットワーク、ランダムフォレストや勾配ブースティング等を含む決定木系アルゴリズム、サポートベクトルマシンといった教師あり機械学習アルゴリズムが用いられる。

学習モデルＭの構築のための機械学習を行う際には、ステージ姿勢計測部７０をステージ移動機構１に装着する。そして、入力信号Ｓ３３と、教師データとしての回転角度θとを、機械学習アルゴリズムに入力する。これにより、機械学習アルゴリズムが、入力信号Ｓ３３と回転角度θとの関係を学習する。その結果得られた学習モデルＭは、入力信号Ｓ３３が入力されると、推定回転角度θ’を出力可能となる。すなわち、この学習モデルＭは、入力信号Ｓ３３を入力するとともに、ステージ姿勢を検知した検出信号を教師データとして与えることによって得られたモデルである。

描画装置９における描画処理が行われる場合、ステージ移動機構１によるステージ移動処理が行われる。ステージ移動機構１によるステージ移動処理中には、ステージ姿勢把握装置１０が各センサ２１～２３から入力された検出信号に基づいて、ステージ姿勢を推定し、推定回転角度θ’を算出する。そして、制御部１００は、当該推定回転角度θ’に基づいて、回転機構１６を動作させて、回転角度θが０°に維持されるようにステージＳを回転させる。すなわち、回転機構１６は、推定ステージ姿勢である推定回転角度θ’に基づいてステージＳの姿勢を修正する「ステージ姿勢修正機構」である。

＜４．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、検出信号が、エアベアリング（エアガイド１３２）の圧力値（第１圧力値Ｓ２１１および第２圧力値Ｓ２１２）、移動機構（リニアモータ１３１）におけるトルク（第１トルクＳ２２１および第２トルクＳ２２２）、および、移動体（リニアモータ１３１の移動子１３１ｂ）の加速度（第１加速度Ｓ２３１および第２加速度Ｓ２３２）の少なくとも１つを含む。本発明の検出信号は、これらに限られず、その他の信号が含まれていてもよい。例えば、検出信号として、ステージ移動装置の周辺における音声を検出した音響信号や、ステージ移動装置の所定の部位における振動を検出した振動検出信号が含まれていてもよい。

また、上記の実施形態に係るステージ移動装置は、描画装置に用いられたが、本発明はこれに限られない。ステージ移動装置は、ステージ上に載置された記録媒体に対して印刷処理を行う印刷装置、ステージ上に載置された基材に対して液体を塗布する塗布装置、等のその他の装置に用いられてもよい。

また、上記の実施形態において、ステージの回転角度を計測するステージ姿勢計測部として、干渉式のレーザ測長器を用いたが、本発明はこれに限られない。ステージ姿勢計測部は、例えば、格子等の参照パターンが設けられた基板をステージ上に載置し、当該基板を上方からＣＣＤカメラ等で撮影することにより、撮影画像に基づいてステージの回転角度を検出するものであってもよい。

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ステージ移動機構
９描画装置
１０ステージ姿勢把握装置
１３主走査機構
２１圧力センサ
２２トルク検出センサ
２３加速度センサ
３３入力信号取得部
３４姿勢推定部
１００制御部
１３１リニアモータ
１３１ａ固定子
１３１ｂ移動子
１３２エアガイド
１３２ａガイドレール
１３２ｂエアベアリング
Ｍ学習モデル

Claims

ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握装置であって、
入力信号を取得する入力信号取得部と、
前記入力信号から前記ステージ姿勢を推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルに前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する姿勢推定部と、
を備え、
前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号、または一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分を含む未処理信号に対して所定の処理を行った被処理信号であり、
前記入力信号は、横軸を時刻ｔにおける前記未処理信号、縦軸を時刻ｔ＋Δｔにおける前記未処理信号とした時系列座標データ、あるいは、前記時系列座標データの表示動画であり、
前記ステージ移動機構は、
上面に被処理物を載置するためのステージと、
前記ステージとともに移動する一対の移動体と、
前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、
一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、
前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、
を有し、
前記センサは、
前記エアベアリングにおける気圧を計測する圧力センサと、
前記移動機構におけるトルクを計測するトルク検出センサと、
前記移動体の加速度を計測する加速度センサと、
の少なくとも１つを含み、
前記検出信号は、
前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、
前記移動機構の一方または両方における前記トルクと、
前記移動体の一方または両方における前記加速度と、
の少なくとも１つを含む、ステージ姿勢把握装置。
ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握装置であって、
入力信号を取得する入力信号取得部と、
前記入力信号から前記ステージ姿勢を推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルに前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する姿勢推定部と、
を備え、
前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられた一対のセンサから得られた一対の検出信号の差分、または、前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、
前記ステージ移動機構は、
上面に被処理物を載置するためのステージと、
前記ステージとともに移動する一対の移動体と、
前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、
一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、
前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、
を有し、
前記センサは、少なくとも
前記移動機構におけるトルクを計測する一対のトルク検出センサ
を含み、
前記検出信号は、少なくとも
前記移動機構の両方における前記トルク
を含み、
前記入力信号は、前記トルクの差分、または、前記トルクの差分に所定の処理を行った被処理信号である、ステージ姿勢把握装置。
請求項１または請求項２に記載のステージ姿勢把握装置であって、
前記学習モデルは、前記入力信号を入力するとともに、前記ステージ姿勢を検知した検知信号を教師データとして与えることによって得られたモデルである、ステージ姿勢把握装置。
請求項１に記載のステージ姿勢把握装置であって、
前記検出信号は、少なくとも前記トルクの差分を含む、ステージ姿勢把握装置。
上面に被処理物を載置するためのステージを移動させるステージ移動装置であって、
ステージ移動機構と、
入力信号を取得する入力信号取得部と、
前記入力信号から前記ステージ移動機構のステージ姿勢を推定するための機械学習を行った学習済みの学習モデルに前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する姿勢推定部と、
を備え、
前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号、一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分、または、前記検出信号または前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、
前記ステージ移動機構は、
上面に被処理物を載置するためのステージと、
前記ステージとともに移動する一対の移動体と、
前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、
一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、
前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、
前記ステージの姿勢を修正するステージ姿勢修正機構と、
を有し、
前記センサは、
前記エアベアリングにおける気圧を計測する圧力センサと、
前記移動機構におけるトルクを計測するトルク検出センサと、
前記移動体の加速度を計測する加速度センサと、
の少なくとも１つを含み、
前記検出信号は、
前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、
前記移動機構の一方または両方における前記トルクと、
前記移動体の一方または両方における前記加速度と、
の少なくとも１つを含み、
前記ステージ姿勢修正機構は、前記姿勢推定部の出力した前記推定ステージ姿勢に基づいて、前記ステージの姿勢を修正する、ステージ移動装置。
ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握方法であって、
ａ）入力信号を入力とし、前記ステージ姿勢を出力の教師データとして、前記入力信号と前記ステージ姿勢との関係を機械学習した姿勢推定部を準備する工程と、
ｂ）前記工程ａ）の後に、前記姿勢推定部に前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する工程と、
を有し、
前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号または一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分を含む未処理信号に対して所定の処理を行った被処理信号であり、
前記入力信号は、横軸を時刻ｔにおける前記未処理信号、縦軸を時刻ｔ＋Δｔにおける前記未処理信号とした時系列座標データ、あるいは、前記時系列座標データの表示動画であり、
前記ステージ移動機構は、
上面に被処理物を載置するためのステージと、
前記ステージとともに移動する一対の移動体と、
前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、
一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、
前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、
を有し、
前記検出信号は、
前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、
前記移動機構の一方または両方におけるトルクと、
前記移動体の一方または両方における加速度と、
の少なくとも１つを含む、ステージ姿勢把握方法。
ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢把握方法であって、
ａ）入力信号を入力とし、前記ステージ姿勢を出力の教師データとして、前記入力信号と前記ステージ姿勢との関係を機械学習した姿勢推定部を準備する工程と、
ｂ）前記工程ａ）の後に、前記姿勢推定部に前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する工程と、
を有し、
前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられた一対のセンサから得られた一対の検出信号の差分、または、前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、
前記ステージ移動機構は、
上面に被処理物を載置するためのステージと、
前記ステージとともに移動する一対の移動体と、
前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、
一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、
前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、
を有し、
前記検出信号は少なくとも、
前記移動機構の両方におけるトルク
を含み、
前記入力信号は、前記トルクの差分、または、前記トルクの差分に所定の処理を行った被処理信号である、ステージ姿勢把握方法。
ステージ移動機構のステージ姿勢を把握するためのステージ姿勢修正方法であって、
ａ）入力信号を入力とし、前記ステージ姿勢を出力の教師データとして、前記入力信号と前記ステージ姿勢との関係を機械学習した姿勢推定部を準備する工程と、
ｂ）前記工程ａ）の後に、前記姿勢推定部に前記入力信号を入力し、推定ステージ姿勢を出力する工程と、
ｃ）前記工程ｂ）で出力された前記推定ステージ姿勢に基づいて、ステージの姿勢を修正する工程と、
を有し、
前記入力信号は、前記ステージ移動機構に設けられたセンサから得られた検出信号、一対の前記センサから得られた一対の前記検出信号の差分、または、前記検出信号または前記差分に所定の処理を行った被処理信号であり、
前記ステージ移動機構は、
上面に被処理物を載置するための前記ステージと、
前記ステージとともに移動する一対の移動体と、
前記移動体を主走査方向に移動させる、一対の移動機構と、
一部が前記移動体の下方に配置され、前記移動体を主走査方向に案内する一対のガイド部と、
前記移動体と前記ガイド部との上下方向の間隙に加圧気体を供給する一対のエアベアリングと、
を有し、
前記検出信号は、
前記エアベアリングの一方または両方における圧力値と、
前記移動機構の一方または両方におけるトルクと、
前記移動体の一方または両方における加速度と、
の少なくとも１つを含む、ステージ姿勢修正方法。