JPH08233524A

JPH08233524A - 多軸位置決めユニット

Info

Publication number: JPH08233524A
Application number: JP7040670A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Toyama; 潔外山; Nobuo Maeda; 伸夫前田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】より広い範囲で、高精度の位置決めが可能な位
置決めユニットを提供する。【構成】レーザ光源１ａ、ビームスプリッタ２ａ、２
ｂ、干渉計４ａ、４ｂ、及び干渉縞検出器３ａ、３ｂを
有するｙ方向測長部と、レーザ光源１ｂ、干渉計４ｃ、
及び干渉縞検出器３ｃを有するｘ方向測長部と、基準鏡
７ａ、７ｂと、各測長部で得られるレーザ光の干渉デー
タからｘ、ｙ方向の測長値を算出し、算出された測長値
からＸ−Ｙ移動ステージ８の座標値を決定する演算部９
とを有し、基準鏡７ａ、７ｂが、Ｘ−Ｙ移動ステージ８
がｘ軸方向での移動可能な範囲のほぼ中心にある状態
で、ｙ方向の測長に用いられる測長光５ａが基準鏡７ａ
へ、測長光５ｂが基準鏡７ｂへ、互いにほぼ平行に照射
されるような位置に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置や３次
元座標測定装置などに応用され、特に高精度で広範囲に
測定を行なう多軸位置決めユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置や３次元座標測定機など
で用いられる、従来の高精度位置決めユニットでは、例
えば図１４に示すように、測長用のレーザ光源１から射
出される測長光を反射するための、反射鏡（以下基準鏡
と称する）７ａ、７ｂが２つ、その反射面がそれぞれＸ
軸、Ｙ軸と直角になるようにＸ−Ｙ移動ステージ８に固
定されている。

【０００３】この２つの基準鏡７ａ、７ｂの反射面を座
標系の基準平面として、レーザ干渉計４ａ、４ｂ、４ｃ
により、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の各座標方向の移動量の
測定を行なう。さらに、本図のようにＹ軸方向の測長に
２本（５ａ、５ｂ）の測長レーザ光を配した場合には、
移動量および基準鏡７ａの傾きの測定が可能となる。

【０００４】ここで、基準鏡７ａ、７ｂの反射面に凹凸
が存在した場合、実際のＸ−Ｙ移動ステージ８の移動量
と、レーザ干渉計４ａ、４ｂ、４ｃによるＸ−Ｙ移動ス
テージ８の移動量の測定値との間に誤差が生じる。この
ため、基準鏡の反射面の平面度は、Ｘ−Ｙ移動ステージ
８の位置決め精度を決めるために、非常に重要な要因で
ある。

【０００５】このため、従来技術では、位置決め精度を
良くするために、各基準鏡の反射面の平面度を、必要と
なるＸ−Ｙ移動ステージ８の位置決め精度より良くして
おくか、あるいは予め各基準鏡の反射面の形状を測定
し、そのデータによりＸ−Ｙ移動ステージ８の位置の測
定値の補正をするという方法を取っている。

【０００６】また、従来技術の位置決めユニットの構成
においては、Ｘ−Ｙ移動ステージ８がＸあるいはＹ方向
に移動しても、各基準鏡が常にレーザ干渉計からの測長
光を反射し続けるように、基準鏡の寸法はＸ−Ｙ移動ス
テージ８の各軸方向の可動範囲以上の大きさが必要とな
る。すなわち、大型のワークを位置決めユニットのＸ−
Ｙ移動ステージ８に乗せて、その移動可能な範囲内で位
置決めをするためには、ワークの大きさ以上の基準鏡が
必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、光学素子の加工
や計測等の用途で、より大型のワークを載せたステージ
をより高精度に位置決めする必要が高まるにつれ、上記
のような従来技術の位置決めユニットの構成では、高精
度の形状精度を持つ大型の基準鏡が必要となる。ところ
が、ワークが大型化するにつれ、大型の基準鏡全体を必
要な精度で加工する事、作成された基準鏡の表面形状を
測定する事、また振動やひずみを避けて取付けられた基
準鏡を必要な表面形状精度で保持する事が困難になる。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を考慮して
なされたものであり、より広い範囲で高精度の位置決め
が可能な位置決めユニットを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の座標
軸方向での座標位置によってその位置が測定される移動
ステージと、前記複数の座標軸方向で前記移動ステージ
と所定の測定基準点との距離を測長する測長装置と、前
記測長装置の測長結果を用いて前記移動ステージの各座
標軸方向での座標位置を決定する位置決定装置とを有す
る多軸位置決めユニットにおいて、前記測長装置は、前
記複数の座標軸方向のうち、少なくとも１つの座標軸方
向での測長では、当該少なくとも１つの座標軸方向と直
交する座標軸方向での測定すべき座標範囲よりも短い、
予め定めた長さの反射面を有する、複数の基準鏡と、前
記各基準鏡へ照射された測長光の反射光を受光して、当
該基準鏡とそれに対応する測定基準点との距離を測長す
る、複数の測長部とを有し、前記複数の基準鏡は、前記
少なくとも１つの座標軸方向と直交する座標軸方向に沿
って、その反射面が互いに異なる位置範囲を占めて並ぶ
ように、前記移動ステージにそれぞれ固定され、前記複
数の測長部は、前記移動ステージの測定すべき移動範囲
全域で、前記移動ステージと共に移動する前記複数の基
準鏡のいずれかの反射面へ、少なくとも１つの測長部か
らの測長光が照射されるように、前記座標位置の測定系
に対して静止している、各測長部に対応した測定基準点
にそれぞれ配置されるものであることを特徴とする多軸
位置決めユニットにより達成される。

【００１０】上記目的は、また、複数の座標軸方向での
座標位置によってその位置が測定される移動ステージ
と、前記複数の座標軸方向で前記移動ステージと所定の
測定基準点との距離を測長する測長装置と、前記測長装
置の測長結果を用いて前記移動ステージの各座標軸方向
での座標位置を決定する位置決定装置とを有する多軸位
置決めユニットにおいて、前記測長装置は、前記複数の
座標軸方向のうち、少なくとも１つの座標軸方向での測
長では、当該少なくとも１つの座標軸方向と直交する座
標軸方向での測定すべき座標範囲よりも短い、予め定め
た長さの反射面を有する、複数の基準鏡と、前記各基準
鏡へ照射された測長光の反射光を受光して、当該基準鏡
とそれに対応する測定基準点との距離を測長する、複数
の測長部とを有し、前記複数の基準鏡は、前記少なくと
も１つの座標軸方向と直交する座標軸方向に沿って、そ
の反射面が互いに異なる位置範囲を占めて並ぶように、
前記座標位置の測定系に対して静止している、前記それ
ぞれの測定基準点に対応する位置に配置されるものであ
り、前記複数の測長部は、前記移動ステージの測定すべ
き移動範囲全域で、前記複数の基準鏡のいずれかの反射
面へ、少なくとも１つの測長部からの測長光が照射され
るように、前記移動ステージの所定の位置に取り付けら
れるものであること、を特徴とする多軸位置決めユニッ
トにより達成される。

【００１１】

【作用】本発明による多軸位置決めユニットにおいて、
測長装置は、複数の基準鏡と、複数の測長部とを用いて
測長を行なう。各基準鏡は、前記複数の座標軸方向のう
ち、少なくとも１つの座標軸方向と直交する座標軸方向
での測定すべき座標範囲よりも短い、予め定めた長さの
反射面を有する。

【００１２】本発明では、大型のワークに対応した広い
測定範囲での測長をするために、当該測定範囲に対応し
た長さの反射面を有する基準鏡を用いる必要はなく、よ
り小型の基準鏡を複数用いることにより実現する。

【００１３】より小型の基準鏡は、大型の基準鏡に比較
して、その反射面の平面度を向上させ、その精度を保持
することが非常に容易である。このため、本発明によれ
ば、より広い範囲で高精度の位置決めが可能となる。

【００１４】

【実施例】本発明を適用した多軸位置決めユニットの第
１の実施例を、図１〜５を用いて説明する。

【００１５】本実施例は、ｙ軸方向の測長に本発明を適
用した位置決めユニットであり、図１に示すように、ｘ
方向駆動機構８１及びｙ方向駆動機構８２によりｘ及び
ｙ方向に駆動されるＸ−Ｙ移動ステージ８と、Ｘ−Ｙ移
動ステージ８に固定される基準鏡７ａ、７ｂ、７ｃと、
基準鏡７ａ、７ｂにレーザ光（以下測長光と呼ぶ）５
ａ、５ｂを照射してｙ方向の測長を、基準鏡７ｃに測長
光５ｃを照射してｘ方向の測長を行なうレーザ干渉測長
装置とを有する。

【００１６】ｙ軸方向の測長に用いられる基準鏡７ａ、
７ｂは、例えば長手方向の長さが３００〜５００ｍｍ
の、一面に金属等を蒸着した板状のガラス製である。基
準鏡７ａ、７ｂは、その長手方向がｘ軸方向と、その反
射面の法線がｙ軸方向とに、それぞれ略一致するよう
に、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の周辺の所定の部位に固定さ
れる。さらに、Ｘ−Ｙ移動ステージ８がｘ軸方向での移
動可能範囲のほぼ中心に位置する状態（図１参照）で、
上記のような構成の基準鏡７ａ及び７ｂへ、測長光５ａ
及び５ｂが、互いにほぼ平行に照射されるように、レー
ザ干渉測長装置の測長光の照射位置が設定されている。

【００１７】ｘ軸方向の測長に用いられる基準鏡７ｃ
は、基準鏡７ａ、７ｂの取付けられているＸ−Ｙ移動ス
テージ８の側面と直交する側面に、その反射面がｘ軸方
向に略一致するように取付けられる。さらに、Ｘ−Ｙ移
動ステージ８がｙ軸方向での移動可能範囲のほぼ中心に
位置する状態（図１参照）で、ｘ軸方向の測長に用いら
れる測長光５ｃが基準鏡７ｃのほぼ中心へ照射されるよ
うに、レーザ干渉測長装置での測長光５ｃの照射位置が
設定されている。

【００１８】なお、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の測長が可能
な移動範囲は、ｙ軸方向においては、基準鏡７ｃのｙ軸
方向の長さに対応し、ｘ軸方向においては、基準鏡７
ａ、７ｂのそれぞれのｘ軸方向の長さを合わせた長さに
対応する。

【００１９】レーザ干渉測長装置は、ｘ、ｙ方向の測長
をそれぞれ行なうための干渉データを取得するｘ方向測
長部及びｙ方向測長部と、各測長部で得られる測長光の
干渉データからｘ、ｙ方向の測長値を算出する演算部９
とを有する。

【００２０】本実施例では、レーザ等の位相の整った測
長光をＸ−Ｙ移動ステージ８に固定された基準鏡へ照射
し、当該基準鏡から反射されてくる反射光と照射された
測長光とが干渉することで生じる干渉縞を計測すること
で、基準鏡と測長光の照射装置との間の距離を測定す
る。なお、本発明で用いることが可能な測長装置は、本
実施例に限定されるものではなく、移動ステージに固定
された基準鏡に測長光を照射して距離を測定するもので
あれば、干渉を測定に用いない装置を使用した場合で
も、本実施例と同様な効果を得ることができる。

【００２１】本実施例において、レーザ干渉測長装置の
ｙ方向測長部は、レーザ光源１ａ、レーザ光源１ａより
射出されたレーザ光を分配するビームスプリッタ２ａ、
２ｂ、干渉計４ａ、４ｂ、及び干渉縞検出器３ａ、３ｂ
を有する。ｘ方向測長部は、レーザ光源１ｂ、干渉計４
ｃ、及び干渉縞検出器３ｃを有する。

【００２２】干渉計４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ同じ
構成を有する。各干渉計は、例えば図２に示すように、
固定鏡４１と、レーザ光源側から入射したレーザ光を２
つに分け、その一方を固定鏡４１へ、もう一方を測長光
としてＸ−Ｙ移動ステージ８に取付けられた基準鏡へ向
けるビームスプリッタ４２とを有する。

【００２３】各干渉計のビームスプリッタ４２からのレ
ーザ光は、それぞれ固定鏡４１及び各基準鏡で反射さ
れ、再びビームスプリッタ４２へ入射し、同一方向へ射
出されて干渉する。この時、ビームスプリッタ４２から
固定鏡４１までの距離と、ビームスプリッタ４２から基
準鏡までの距離との差の変化に応じて、干渉縞が形成さ
れる。

【００２４】干渉縞検出器３ａ、３ｂ、３ｃは、フォト
ダイオード等の光検出素子をそれぞれ備え、上記のよう
な干渉計から射出された干渉光束の強度変化を測定する
ことで、干渉縞を計数し、計数結果を干渉データとし
て、演算部９へ出力する。

【００２５】演算部９は、例えばＣＰＵ及びメモリを備
えるコンピュータにより実現されるもので、ｘ、ｙ方向
のそれぞれで設定されるリセット値と、当該リセット値
が設定された時点から計数が開始された干渉縞の個数と
から、各測長光による測長値を算出する。

【００２６】本実施例において、ｘ方向では従来通り単
一の測長光５ｃを用いているため、ｘ方向の測長値Ｘ_5c
は、そのままｘ方向の座標値として求められる。ｙ方向
の座標値に関しては、干渉縞検出器３ａ、３ｂのそれぞ
れから算出された測長値Ｙ_5a、Ｙ_5bのいずれか一方が、
後述するような方法により、その時点でのｘ座標値に応
じて選択されて、選択された測長値がその時点でのｙ座
標値として求められる。

【００２７】演算部９は、求められたｘ、ｙ座標値を配
線８３を介して、図示されない表示装置へ送り、Ｘ−Ｙ
移動ステージ８の座標位置を表示させる。また、演算部
９は、配線８４を介して、ｘ、ｙ方向駆動機構８１、８
２の駆動制御装置（図示せず）と接続されており、該駆
動機構により行なわれる初期動作などの各種のイベント
情報を受け付ける。

【００２８】本実施例では、例えば図３（ａ）のフロー
チャートに示すような処理手順に従い、演算部９により
求められた測長値から、Ｘ−Ｙ移動ステージ８のｘ、ｙ
座標値を決定する。以下にその処理手順を説明する。

【００２９】Ｘ−Ｙ移動ステージ８を駆動する、ｘ、ｙ
方向駆動機構８１、８２は、通常、操作を開始する前
に、その初期動作によって、Ｘ−Ｙ移動ステージ８を予
め定めた初期位置へ移動する。本実施例の演算部９で
は、最初、この初期動作に連動して初期設定が行なわれ
る。初期設定では、Ｘ−Ｙ移動ステージ８が初期位置に
配置された時点での測長値Ｘ_5c、Ｙ_5aを、当該初期位置
に対応して予め設定されているリセット値（基準値）に
リセットする（ステップ３１）。

【００３０】なお、本実施例では、測長値Ｙ_5a、Ｙ_5bを
用いる際に、測長値Ｙ_5aを初期設定すべき値として説明
しているが、替わりに測長値Ｙ_5bを初期設定する構成と
しても構わない。

【００３１】ステップ３１の初期設定後の以下のステッ
プでは、ユーザによる位置設定動作に応じて駆動される
Ｘ−Ｙ移動ステージ８の座標位置を、所定の測定周期で
順次測定し、当該測定結果を配線８３を介して出力す
る。

【００３２】各測定周期においては、最初、測長値Ｘ_5c
を座標値Ｘとして求め（ステップ３２）、次に、この座
標値が、以下に説明する＋領域、中心領域、及び−領域
のいずれに属するかを判定する（ステップ３３）。

【００３３】ここで、中心領域とは、図１に示されてい
るように、ｙ軸方向測長のための測長光５ａ、５ｂが、
それぞれ基準鏡７ａ、７ｂに同時に照射されている状態
にある、ｘ座標値の範囲である。

【００３４】なお、本実施例では、この中心領域の具体
的範囲を限定するものではなく、２つの測長光がそれぞ
れ対となっている基準鏡に照射されている状態にある範
囲であれば良い。また、以下に説明する＋領域及び−領
域の両領域についても、同様に、以下に示すような条件
を満たす領域であれば、本実施例では、その具体的な範
囲を限定するものではない。

【００３５】＋領域とは、図４に示すように、中心領域
からＸ−Ｙ移動ステージ８がｘ軸＋方向に移動して、基
準鏡７ａに測長光５ａが照射されず、かつ、基準鏡７ｂ
に測長光５ｂが照射されている状態にあるｘ座標値の範
囲である。

【００３６】−領域とは、上記＋領域とは逆に、図５に
示すように、中心領域からＸ−Ｙ移動ステージ８がｘ軸
−方向に移動して、基準鏡７ｂに測長光５ｂが照射され
ず、かつ、基準鏡７ａに測長光５ａが照射されている状
態にあるｘ座標値の範囲である。

【００３７】ステップ３３で、中心領域に位置すると判
定された場合は、測長光５ａと基準鏡７ａとによる測長
値Ｙ_5aをｙ軸方向の座標値Ｙとし（ステップ３５）、該
測長値Ｙ_5aを基準として測長値Ｙ_5bの値をリセットする
（ステップ３７）。

【００３８】ステップ３３で、＋領域に位置すると判定
された場合には測長光５ｂと基準鏡７ｂとによる測長値
Ｙ_5bをｙ軸方向の座標値Ｙとし（ステップ３６）、−領
域に位置すると判定された場合には測長光５ａと基準鏡
７ａとによる測長値Ｙ_5aをｙ軸方向の座標値Ｙとする
（ステップ３４）。

【００３９】本実施例によれば、従来はＸ−Ｙ移動ステ
ージ８の移動可能な範囲と同じ長さの基準鏡が必要であ
ったのに比べて、該移動可能な範囲の半分程度の長さの
基準鏡を２つ用いることで、該移動可能な範囲全体での
高精度な測定が可能となる。さらに、より小さい基準鏡
を使用することができるため、用いる基準鏡の平坦度を
向上させ易いうえに、その保持が容易となる。したがっ
て、移動可能な範囲が大きな位置決めユニットの精度及
び信頼性を向上させることが可能となる。

【００４０】本実施例では、ｙ軸方向に、基準鏡と該基
準鏡に対応するレーザ干渉測長装置とを２組備えている
例について説明したが、本発明で用いることが可能な、
基準鏡及びレーザ干渉測長装置の組数はこれに限定され
るものではなく、例えば３組以上用いて、本実施例と同
様に構成することで、より広範囲の移動可能な範囲を確
保するような構成としても良い。

【００４１】また、本実施例では、座標値ｘが中心領域
にある場合には、常に測長値Ｙ_5aを基準とし、測長値Ｙ
_5bをリセットする構成としたが、中心領域での測長値の
リセット方法はこれに限定されるものではなく、測長値
の連続性を確保するように、中心領域で測長データの受
け渡しができるように、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の移動先
の測長値を、移動元の測長値を基準としてリセットする
構成としても良い。

【００４２】例えば、測長値Ｙ_5bを座標値として用いる
＋領域から、測長値Ｙ_5aを座標値として用いる−領域の
方向へ移動する場合には、中心領域の所定の位置で測長
値Ｙ_5aを測長値Ｙ_5bを基準としてリセットし、逆に、−
領域から＋領域の方向へ移動する場合には、上記所定の
位置で測長値Ｙ_5bを測長値Ｙ_5aを基準としてリセットす
る。

【００４３】次に、本発明を適用した多軸位置決めユニ
ットの第２の実施例について、図６〜８を用いて説明す
る。本実施例は、上記第１の実施例の構成とほぼ同じを
有している。上記第１の実施例と同じ構成については、
同じ符号を使用し、その詳細については説明を省略す
る。

【００４４】本実施例では、Ｘ−Ｙ移動ステージ８がｘ
方向に移動してゆく際、図６に示すように、予め定めた
ｘ軸方向の範囲（ｘ０≦ｘ≦ｘ１）で、測長光５ａ、５
ｂが各々基準鏡７ａ、７ｂを同時に照射しながら移動す
る、適当な長さの区間ができるように、基準鏡７ａ、７
ｂの取り付け位置と、測長光５ａ、５ｂの照射位置とを
配置する。

【００４５】なお、図中の測長光５ａ、５ｂは、ｘ＝ｘ
０での基準鏡７ａ、７ｂ上でのそれぞれの測長光の位置
を示し、５ａ’、５ｂ’は、ｘ＝ｘ１での位置を示す。
また、図中の斜線領域は、Ｘ−Ｙ移動ステージ８がｘ方
向に移動してゆく際、測長光５ａ、５ｂが各々基準鏡７
ａ、７ｂを同時に照射することが可能な領域を示してい
る。

【００４６】本実施例では、上記第１の実施例で述べた
中心領域として、図６中の斜線部分の範囲ｘ０≦ｘ≦ｘ
１を用い、＋領域として範囲ｘ＞ｘ１を、−領域として
範囲ｘ＜ｘ０を用いるものである。

【００４７】さらに、本実施例では、上記中心領域での
測長データを用いて、２つの基準鏡を取付けたときに生
じる相対的な傾きθを求め、該傾きθにより生じるｙ軸
方向の誤差を補正することで、測定精度をより向上させ
るものである。

【００４８】以下の説明では、図７に示すように、基準
鏡７ａに対しｘ−ｙ平面内のｙ方向へ基準鏡７ｂがθだ
け傾いている場合について説明する。

【００４９】本実施例におけるｘ、ｙ方向の座標値の決
定処理、及び傾きの補正処理は、例えば図８のフローチ
ャートに示す処理手順に従い実行される。本処理におい
て、ステップ８０１〜８０３、ステップ８０４は、上記
第１の実施例における処理のステップ３１〜３３、ステ
ップ３４（図３参照）と同じであり、その説明は省略す
る。

【００５０】本処理では、ステップ８０３でｘ座標値が
中心領域にあると判定された場合には、測長光５ａと基
準鏡７ａとによる測長値Ｙ_5aをｙ軸方向の座標値Ｙとし
（ステップ８０５）、傾き補正が可能な状態かどうかを
チェックする（ステップ８０７）。より具体的には、ス
テップ８０７では、例えばユーザからの指示が所定の時
間間隔だけ入力されていない状態を検知して、ユーザが
操作中ではないことを確認する。これは、後述するよう
に、傾き補正を行なう場合には、ある程度の範囲だけｘ
軸方向にＸ−Ｙ移動テーブル８を移動させることが必要
であり、これによってユーザの操作を阻害しないように
するためである。

【００５１】ステップ８０７で傾き補正が可能でないと
判定された場合（ステップ８０７でＮｏ）には、図３の
ステップ３７と同様に、この時点での測長値Ｙ_5aを基準
として測長値Ｙ_5bの値をリセットする（ステップ８０
８）。

【００５２】また、上記のようにリセットするのではな
く、中心領域内の所定の位置で、測長データの受け渡し
をするように、例えば、測長値Ｙ_5bを座標値として用い
る＋領域から測長値Ｙ_5aを座標値として用いる−領域の
方向へ移動する場合には、上記所定の位置で測長値Ｙ_5a
を測長値Ｙ_5bを基準としてリセットし、逆に、−領域か
ら＋領域の方向へ移動する場合には、測長値Ｙ_5bを測長
値Ｙ_5aを基準としてリセットする構成としても良い。

【００５３】ステップ８０７で傾き補正が可能であると
判定された場合（ステップ８０７でＹｅｓ）には、傾き
補正処理を実行する。この傾き補正処理では、最初、演
算部９は、ｘ方向駆動機構８１及びｙ方向駆動機構８２
の駆動制御装置へ配線８４を介して指示指令を送り、Ｘ
−Ｙ移動ステージ８を、中心領域内にある、予め定めた
基準点（ｘ＝ｘ０、ｙ＝ｙ０）に移動させる（ステップ
８０９）。

【００５４】さらに、上記基準点について予め設定され
た座標値の基準のリセット値により、測長値Ｘ_5c、Ｙ_5a
をリセットすると共に、この時点での測長値Ｙ_5aを基準
として測長値Ｙ_5bの値をリセットする（ステップ８１
０）。

【００５５】次に、演算部９は、上記駆動制御装置へ配
線８４を介して指示指令を送り、Ｘ−Ｙ移動ステージ８
を予め定めた基準点（ｘ＝ｘ０、ｙ＝ｙ０）から、ｘ軸
方向へ、ｘ＝ｘ１の位置まで移動させ、その時点での測
長値Ｙ_5a、Ｙ_5bを取得する（ステップ８１１）。

【００５６】上記ステップ８１０、８１１で得られた測
長値を用いて、以下の式により傾きθを求め、この求め
られた値により、後述するステップ８０６で用いる傾き
θの値を決定する。

【００５７】ｔａｎθ＝[(Ｙ_5b’−Ｙ_5b)−(Ｙ_5a’−Ｙ_5a)]／(ｘ１−ｘ０) ・・（１）ここで、Ｙ_5b’、Ｙ_5a’は、それぞれ、ｘ＝ｘ１での測
長光５ｂ、５ａによる測長値、Ｙ_5b、Ｙ_5aはｘ＝ｘ０で
の測長値である。

【００５８】ステップ８０３で、ｘ座標値が−領域内に
ある場合には、上記ステップ８０９〜８１２により得ら
れた基準鏡７ｂの傾きθを補正するために、測長値Ｙ_5b
と以下の式とから座標値Ｙを求める。

【００５９】Ｙ＝Ｙ_5b＋（ｘ−ｘ１）・ｔａｎθ ・・・・・・・・・・・・・・（２）なお、上記傾き補正（ステップ８０９〜８１２）が実行
されるまでは、傾きθが決定されないため、上記ステッ
プ８０１の初期設定時に、傾きθの初期値を０、すなわ
ち、傾き無しと仮定する構成としても良い。

【００６０】本実施例によれば、２つの基準鏡７ａ、７
ｂの相対的な傾きによる取り付け誤差を測定し、これを
補正することができるため、より高精度の測長が可能と
なる。さらに、２つの基準鏡の取り付け角度を、傾き補
正が可能な状態にあれば随時測定することができるた
め、基準鏡取り付け後に生じる、取り付け誤差の経時変
化の影響を受けない。

【００６１】本実施例では、傾き補正処理を、通常の測
長処理とは異なる処理によって実行していたが、本発明
による傾き処理はこれに限定されるものではない。例え
ば、通常のｙ軸方向の測長処理で取得されるデータにお
いて、Ｘ−Ｙ移動ステージ８が上記中心領域を途中で停
止せず通過するような場合のデータだけを収集し、該収
集したデータから、上記数１により傾きの算出する構成
としても良い。

【００６２】次に、本発明を適用した多軸位置決めユニ
ットの第３の実施例を、図９を用いて説明する。本実施
例は、ｘ軸方向の移動可能な範囲をより広くすることが
可能なものであり、上記第１の実施例の構成において、
基準鏡７ａ、７ｂの長さと配置位置、及び測長光５ａ、
５ｂ間の距離の具体的な関係の例を示すものである。

【００６３】本実施例では、図９（ａ）に示すように、
測長光５ａ、５ｂのｘ軸方向での間隔をＬとした場合
に、基準鏡７ａ、７ｂのｘ軸方向の長さをＬ＋δ（δは
微少量とする）とし、これらの基準鏡を互いに間隔Ｌ−
２δだけ離して配置する。

【００６４】本実施例において、Ｘ−Ｙ移動ステージ８
が例えばｘ軸＋方向に移動されると、上記第１の実施例
で定義された中心領域（図９（ａ））では測長光５ａ及
び基準鏡７ａによる測長値Ｙ_5a、＋領域（図９（ｂ））
では測長光５ｂ及び基準鏡７ｂにより測長値Ｙ_5bによ
り、座標値Ｙが決定される。

【００６５】本実施例では、上記＋領域よりもさらにｘ
軸＋方向へ移動した場合（図９（ｃ））に、測長光５ａ
及び基準鏡７ｂによる測長値Ｙ_5abを座標値Ｙとして決
定する。なお、データの連続性を保証するために、測長
光５ｂが基準鏡７ｂに照射されなくなる手前の図９
（ｂ）の位置で、測長値Ｙ_5bを基準として測長値Ｙ_5ab
をリセットする。

【００６６】上記ではｘ軸＋方向の移動について説明し
たが、ｘ軸−方向についても同様なことが言える。

【００６７】本実施例によれば、ｘ軸方向の長さＬ＋δ
の基準鏡を２つ配置し、これら基準鏡に間隔Ｌだけ離れ
て配置された照射位置から測長光を照射することによ
り、長さＬ程度の基準鏡２つにより、ｘ軸方向で約±２
Ｌの移動可能な範囲を得ることが可能となる。

【００６８】以上、上記第１〜第３の実施例は、ｘ軸方
向に広い移動範囲を有し、ｙ軸方向の測長に本発明を適
用した例について説明したが、本発明を、図１０に示す
ように、ｘ、ｙの両軸方向に対して適用することで、よ
り広い２次元領域において位置決めが可能な位置決めユ
ニットを提供することもできる。

【００６９】本発明を適用した多軸位置決めユニットの
第４の実施例を、図１１、図１２を用いて説明する。本
実施例は、上記図第１の実施例（図１参照）と同様、ｘ
軸方向に広い可動範囲をもつ位置決めユニットである。
ここで、図を見やすくするため、ｙ方向駆動機構８２は
省略してあるが、基準鏡７ａ、７ｂ及び測長光の配置位
置、及びレーザ干渉測長装置のｙ方向測長部の構成以外
は、上記第１の実施例と同じ構成を有している。

【００７０】本実施例の基準鏡７ａ、７ｂは、図１１に
示すように、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の側壁表面上に互い
に平行となるように取付けられている。また、これら２
つの基準鏡は、ｘ軸方向の移動可能な範囲のほぼ中心で
その一部が重なるように、互いにｚ軸方向にずれて配置
されている。

【００７１】レーザ干渉測長装置のｙ方向測長部では、
図１１に示すような基準鏡７ａ、７ｂに測長光５ａ、５
ｂを照射することが可能であるように、干渉計４ａ、４
ｂと、干渉縞検出器３ａ、３ｂとが、ｚ軸方向に重なる
ように配置される。ｙ方向測長部は、レーザ光源１ａか
らのレーザ光を、これら干渉計４ａ、４ｂへ送ることが
できるように、ビームスプリッタ２ａ〜２ｄを有してい
る。

【００７２】本実施例では、上記第１あるいは第２の実
施例で定義された中心領域は、図１２中に斜線領域とし
て示された領域であり、上記第１または第２の実施例で
の処理手順と同じ手順により、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の
座標値ｘ、ｙが決定される。

【００７３】本実施例によれば、上記第１及び第２の実
施例と同様に、Ｘ−Ｙ移動ステージ８の移動可能な範囲
の半分程度の長さの基準鏡を２つ用いることで、該範囲
全体での高精度な測定が可能となる。さらに、より小さ
い基準鏡を使用することができるため、用いる基準鏡の
平坦度を向上させ易いうえに、その保持が容易となる。
したがって、移動可能な範囲が大きな位置決めユニット
の精度及び信頼性を向上させることが可能となる。

【００７４】本発明を適用した多軸位置決めユニットの
第５の実施例、図１３を用いて説明する。本実施例は、
ｘ方向に移動可能な位置決めユニットであり、移動テー
ブル１０のｙ方向へのわずかな変位を検出するために、
ｙ方向の測長に本発明を実施した例である。

【００７５】本実施例は、上記第４の実施例においてＸ
−Ｙ移動テーブル８に固定されていた基準鏡７ａ、７ｂ
を、移動テーブル１０の座標測定系に対して静止するよ
うに固定されている基準鏡固定冶具１１に取り付け、干
渉計５ａ、５ｂを移動テーブル１０に取り付けたもので
ある。

【００７６】本実施例の他の構成要素は、上記第４の実
施例の構成要素と同じもので、図中には同じ符号で示
し、その説明は省略する。

【００７７】本実施例によれば、ｘ軸方向での移動の際
に生じる、ｙ軸方向のガタを高精度に測定することが可
能となる。

【００７８】従来のレーザ干渉測長装置を利用した位置
決めユニットでは、位置測定の基準となる基準鏡の反射
面は少なくとも移動ステージ上のワークの各座標方向の
寸法以上のものが必要であったが、上記第１〜第５の実
施例によれば、使用する基準鏡の大きさはワークの寸法
によらず小さくできる。

【００７９】このため、上記第１〜第５の実施例では、
大型のワークに対して、従来のように大きな基準鏡を用
意する必要がなく、より高精度に加工しやすく、さらに
使用中の変形も少ない小型の基準鏡を用いることができ
る。

【００８０】その結果、大型のワークもその全範囲にわ
たり、容易に、より高精度に測定することが可能にな
る。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、より広い範囲で高精度
の位置決めが可能な位置決めユニットを提供することが
できる。

【００８２】

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図で
ある。

【図２】は干渉計の構成を示す説明図である。

【図３】は第１の実施例の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図４】は第１の実施例でのＸ−Ｙ移動ステージが＋領
域に移動した状態を示す斜視図である。

【図５】は第１の実施例でのＸ−Ｙ移動ステージが−領
域に移動した状態を示す斜視図である。

【図６】は本発明の第２の実施例での中心領域を示す斜
視図である。

【図７】は基準鏡７ｂに相対的な傾きがある状態を示す
斜視図である。

【図８】は第２の実施例での処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図９】図９（ａ）は本発明の第３の実施例での測長光
と基準鏡との位置関係の一例を示す説明図である。図９
（ｂ）は本発明の第３の実施例での測長光と基準鏡との
位置関係の一例を示す説明図である。図９（ｃ）は本発
明の第３の実施例での測長光と基準鏡との位置関係の一
例を示す説明図である。

【図１０】は本発明をｘ、ｙ両方向に適用した場合の実
施例の構成を示す斜視図である。

【図１１】は本発明の第４の実施例の構成を示す斜視図
である。

【図１２】は本発明の第４の実施例での中心領域を示す
斜視図である。

【図１３】は本発明の第５の実施例の構成を示す斜視図
である。

【図１４】は従来技術の位置決めユニットの構成を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１，１ａ,１ｂ:レーザ光源２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ：ビームスプリッタ３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄ：干渉縞検出器４ａ,４ｂ,４ｃ,４ｄ：固定鏡およびビームスプリッタ
からなる干渉計５ｃ,５ｄ：Ｘ軸方向測長用測長ビーム５ａ,５ｂ：Ｙ軸方向測長用測長ビーム７ａ,７ｂ,７ｃ,７ｄ：基準鏡反射面８：Ｘ−Ｙ移動ステージ９：演算装置１０：Ｘ移動ステージ１１：基準鏡固定治具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の座標軸方向での座標位置によってそ
の位置が測定される移動ステージと、前記複数の座標軸
方向で前記移動ステージと所定の測定基準点との距離を
測長する測長装置と、前記測長装置の測長結果を用いて
前記移動ステージの各座標軸方向での座標位置を決定す
る位置決定装置とを有する多軸位置決めユニットにおい
て、前記測長装置は、前記複数の座標軸方向のうち、少なく
とも１つの座標軸方向での測長では、当該少なくとも１つの座標軸方向と直交する座標軸方向
での測定すべき座標範囲よりも短い、予め定めた長さの
反射面を有する、複数の基準鏡と、前記各基準鏡へ照射された測長光の反射光を受光して、
当該基準鏡とそれに対応する測定基準点との距離を測長
する、複数の測長部とを有し、前記複数の基準鏡は、前記少なくとも１つの座標軸方向
と直交する座標軸方向に沿って、その反射面が互いに異
なる位置範囲を占めて並ぶように、前記移動ステージに
それぞれ固定され、前記複数の測長部は、前記移動ステージの測定すべき移
動範囲全域で、前記移動ステージと共に移動する前記複
数の基準鏡のいずれかの反射面へ、少なくとも１つの測
長部からの測長光が照射されるように、前記座標位置の
測定系に対して静止している、各測長部に対応した測定
基準点にそれぞれ配置されるものであることを特徴とす
る多軸位置決めユニット。
【請求項２】複数の座標軸方向での座標位置によってそ
の位置が測定される移動ステージと、前記複数の座標軸
方向で前記移動ステージと所定の測定基準点との距離を
測長する測長装置と、前記測長装置の測長結果を用いて
前記移動ステージの各座標軸方向での座標位置を決定す
る位置決定装置とを有する多軸位置決めユニットにおい
て、前記測長装置は、前記複数の座標軸方向のうち、少なく
とも１つの座標軸方向での測長では、当該少なくとも１つの座標軸方向と直交する座標軸方向
での測定すべき座標範囲よりも短い、予め定めた長さの
反射面を有する、複数の基準鏡と、前記各基準鏡へ照射された測長光の反射光を受光して、
当該基準鏡とそれに対応する測定基準点との距離を測長
する、複数の測長部とを有し、前記複数の基準鏡は、前記少なくとも１つの座標軸方向
と直交する座標軸方向に沿って、その反射面が互いに異
なる位置範囲を占めて並ぶように、前記座標位置の測定
系に対して静止している、前記それぞれの測定基準点に
対応する位置に配置されるものであり、前記複数の測長部は、前記移動ステージの測定すべき移
動範囲全域で、前記複数の基準鏡のいずれかの反射面
へ、少なくとも１つの測長部からの測長光が照射される
ように、前記移動ステージの所定の位置に取り付けられ
るものであることを特徴とする多軸位置決めユニット。
【請求項３】請求項１または２において、前記複数の測長部は、前記少なくとも１つの座標軸方向
での測長を、前記少なくとも１つの座標軸方向と直交す
る座標軸方向での測定すべき座標範囲の中の、各測長部
に対応して予め設定される個別測定範囲で行なうもので
あり、前記複数の個別測定範囲は、それらを全て合わせた場
合、前記測定すべき座標範囲全域を含めるものであるこ
とを特徴とする多軸位置決めユニット。
【請求項４】請求項３において、前記位置決定装置は、前記少なくとも１つの座標軸方向と直交する座標軸方向
での前記移動ステージの座標位置を取得する取得手段
と、前記複数の個別測定範囲のうち、前記取得された座標位
置を含む１つの個別測定範囲を選択し、当該選択された
個別測定範囲に対応する測長部から出力される測長結果
を用いて、この時点での前記少なくとも１つの座標軸方
向での前記移動ステージの座標位置を決定する決定手段
とを有することを特徴とする多軸位置決めユニット。
【請求項５】請求項４において、前記複数の個別測定範囲のうちの予め定めた個別測定範
囲は、当該予め定めた個別測定範囲に隣合う個別測定範
囲と一部重複する範囲部分を有し、前記取得手段により取得された、前記少なくとも１つの
座標軸方向と直交する座標軸方向での前記移動ステージ
の座標位置が、前記重複する範囲部分に含まれる場合に
は、当該重複する範囲部分を有する２つの個別測定範囲
に対応する測長部のそれぞれからの測長結果のうち、一
方を基準として他方をリセットするリセット手段をさら
に有することを特徴とする多軸位置決めユニット。
【請求項６】請求項５において、前記少なくとも１つの座標軸方向と直交する座標軸方向
での前記重複する範囲部分内に設定された、複数の座標
位置のそれぞれで得られる、当該重複する範囲部分を有
する２つの個別測定範囲に対応する測長部のそれぞれか
らの測長結果を取得し、当該測長結果を用いて、当該２
つの組の測長部に対応する２つの基準鏡の一方の取り付
け位置を基準とした、他方の取り付け位置の、前記少な
くとも１つの座標軸方向での傾きを算出する傾き算出手
段と、前記算出された傾きを用いて、前記他方の基準鏡の取り
付け位置の傾きにより生じる、前記他方の基準鏡に対応
する測長部からの測長結果の誤差を補正する補正手段と
をさらに有することを特徴とする多軸位置決めユニッ
ト。