JPH10332360A - 変位検出器のスケール製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な工程を要せず高品位のスケールパター
ンを得ることを可能とし、特に長尺のスケールパターン
を連続的に形成することを可能とした変位検出器のスケ
ール製造装置を提供する。 【解決手段】 ローダ部２とアンローダ部５の間に成膜
室３とレーザ加工室４が配置され、全体が一つの真空装
置１を構成としている。ローダ部２から繰り出されるス
ケール基材６には、成膜室３で薄膜が形成され、形成さ
れた薄膜はレーザ加工室４でスケールパターンに加工さ
れて、アンローダ部５に収納される。加工室４には形成
されたスケールパターンを用いて光電式エンコーダ４４
が構成され、その出力信号は描画速度制御信号として描
画制御装置４３に送られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、変位検出器のス
ケール製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電式変位検出器や静電容量式変位検出
器等に用いられるスケールは、ガラスやスチール等のス
ケール基材の表面に薄膜を成膜し、この薄膜をパターン
加工することにより作られている。薄膜の成膜には真空
蒸着法やスパッタ法が用いられる。薄膜のパターン加工
には、リソグラフィ技術を利用したフォトエッチングが
用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスケールパター
ン製造法には、次のような問題がある。第１に、リソグ
ラフィ技術を利用する場合、レジストの塗布，マスクパ
ターンを用いたレジスト露光，現像，そして得られたレ
ジストパターンを用いたエッチングという複雑な工程を
必要とし、また高価な装置を必要とする。第２に、高品
位且つ高精細のスケールパターンを得るためには、上述
の工程全体にわたって、温度や湿度，クリーン度等が管
理されたクリーンルームが必要となる。第３に、長尺の
スケールを加工することができない。等倍露光装置の場
合は原板の長さにより、また縮小投影露光装置の場合は
装置ストロークにより加工範囲が限定され、連続的なス
ケールパターン形成は困難だからである。

【０００４】リソグラフィ技術によらず、レーザ加工に
より直接薄膜をパターン形成する方法も実用されてい
る。しかしこの方法では、工程が簡単になるものの、ス
ケールパターンの精度がスケール基材を載置したテーブ
ルの移動と位置決めの精度により決まり、高精度のパタ
ーンを形成することは難しく、また長尺のスケールを得
ることが難しい。

【０００５】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、複雑な工程を要せず高品位のスケールパターン
を得ることを可能とし、特に長尺のスケールパターンを
連続的に形成することを可能とした変位検出器のスケー
ル製造装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る変位検出
器のスケール製造装置は、スケール基材を搬送する搬送
手段と、この搬送手段により送り出される前記スケール
基材上に薄膜を堆積する成膜室と、この成膜室を通って
前記スケール基材上に形成された薄膜をレーザ光ビーム
により所望ピッチのスケールパターンに加工するレーザ
加工室とが一つの真空装置内に配置されていることを特
徴とする。

【０００７】この発明は更に、前記レーザ加工室内に形
成されたスケールパターンを用いて構成された光電式エ
ンコーダと、この光電式エンコーダの正弦波状出力信号
を描画速度の制御信号として取り込み、前記光電式エン
コーダの正弦波状出力信号が一定周期になるように前記
レーザ加工室の光源を制御する描画制御装置とを有する
ことを特徴とする。

【０００８】この発明において、前記搬送手段は例え
ば、ロール・トウ・ロールの搬送装置であって、前記成
膜室とレーザ加工室を間に挟んでローダ部とアンローダ
部とを配置し、前記ローダ部に長尺のスケール基材を巻
いた繰り出しロールをセットし、前記アンローダ部に前
記繰り出しロールから繰り出されたスケール基材を巻き
取る巻き取りロールをセットして構成される。

【０００９】この発明によると、一つの真空装置内で、
スケール基材への薄膜の成膜からスケールパターンの加
工までを完結的に実行することが可能となる。スケール
パターンの加工にはレーザ加工を用いるから、リソグラ
フィを用いる方式に比べて加工工程及び装置は簡単であ
り、全体としてコンパクトなスケール製造装置が得られ
る。特に、ロード部に長尺の連続的なスケール基材を巻
いた繰り出しロールをセットし、繰り出されたスケール
基材を成膜室及びレーザ加工室を貫通させ、アンロード
部で巻き取りロールに巻き取るようにすれば、長尺のス
ケールを連続的に形成することが可能となる。また、一
つの真空装置内でスケール製造工程が完結するため、複
雑な工程を組み合わせる従来の方式に比べて、高品位の
スケールを得ることができる。

【００１０】特にこの発明において、加工された直後の
スケールパターンをそのまま用いて光電式エンコーダを
構成してスケールパターンのモニターとして利用し、こ
の光電式エンコーダから得られる正弦波状出力信号の周
期が一定になるような帰還制御を行う描画制御装置を備
えることによって、スケール基材の搬送速度のばらつき
等の影響を低減することができ、高精細のスケールパタ
ーンであっても高精度に作ることが可能になる。従って
また、複雑な速度制御機構を必要としないという利点も
得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例によ
るスケール製造装置の構成を示す。この装置は、全体が
一つの真空装置１であって、この真空装置１の両側にロ
ード部２とアンロード部５を配置し、これらの間に成膜
室３とレーザ加工室４を配置して構成されている。各室
の仕切部７，８，９は簡単に破線で示しているが、実際
にはこれらの仕切部にはゲートバルブが設けられる。こ
れらのゲートバルブはスケール製造時はオープン状態で
あり、各室毎の排気やメンテナンス時等に閉じることが
できるようになっている。

【００１２】この実施例の場合、スケール基材６は長尺
のテープであって、ロード部２にはこのスケール基材６
を巻いた繰り出しロール２１がセットされ、繰り出され
たスケール基材６は、成膜室３及びレーザ加工室４を経
てアンロード部５において巻き取りロール５１に巻き取
られるようになっている。スケール基材６は、ロード部
２及びアンロード部５にそれぞれ設けられたガイドロー
ル２２及び５２によりガイドされて、ロール２１及び５
１の外径が時間の経過と共に変化しても、成膜室３及び
レーザ加工室４内での高さ位置が一定に保たれるように
なっている。

【００１３】成膜室３は、蒸発源３１を加熱蒸発させ
て、順次送り出されるスケール基材６上に薄膜を形成す
る蒸着装置を構成している。薄膜が形成されたスケール
基材６はレーザ加工室４に送られて、ここでＹＡＧレー
ザ等の光源４１からのレーザ光ビームにより薄膜のスケ
ールパターン加工が行われる。レーザ光源４１は例え
ば、偏向制御装置４２によってスケール基材６の幅方向
に走査されて、これにより薄膜にスリットが加工され
る。所定ピッチのスケールパターンの描画をコントロー
ルするのが、描画制御装置４３である。

【００１４】レーザ加工室４の光源４１より下流側に
は、スケールパターンのモニタ装置として、スケール基
材６に形成されたスケールパターンを用いて光電式エン
コーダ４４が構成され、この光電式エンコーダ４４から
得られる正弦波状出力信号が描画速度制御信号として描
画制御装置４３に供給されるようになっている。

【００１５】図２は、その光電式エンコーダ４４の構成
例を具体的に示している。スケール基材６上の薄膜６１
は、図示のようにレーザ光ビーム４０により加工されて
所定ピッチのスケールパターン６２が形成されるが、こ
のスケール基材６を挟んで、スケールパターン６２に平
行光を照射するためのＬＥＤ４４ａ及びコリメータレン
ズ４４ｂと、スケールパターン６２の透過光を検出する
受光素子アレイ４４ｃとを配置して、透過型の光電式エ
ンコーダ４４が構成される。これは、薄膜６６が光遮蔽
膜である場合の構成例であるが、薄膜が光反射膜である
場合には、反射型の光電式エンコーダを構成すればよ
い。また光電式エンコーダ４４の検出ヘッドは、受光素
子アレイ４４に代わって、インデックススケールと受光
素子の組み合わせであってもよい。

【００１６】図３は、具体的にスケール基材６を一定速
度で連続的に搬送しながら、レーザ光ビーム４０を偏向
制御してスケールパターンを加工する様子を示してい
る。レーザ光ビーム４０は形成すべきスケールパターン
のスリット相当のビーム径として偏向走査する。このと
き、スケール基材６の搬送速度ベクトルをｖｘとし、図
示のように、レーザ光ビーム４０の走査速度ベクトルｖ
ｙ０を幅方向からθだけ傾いた方向とすることにより、
移動しているスケール部材５に対してレーザ光ビームの
幅方向の走査速度ベクトルｖｙが得られる。

【００１７】上述のようなレーザ光ビーム４０の偏向制
御ではなく、アパーチャを利用してレーザ光ビームのイ
メージを作り、これを投影系によりスケール基材６上に
投影する方式とすることもできる。この場合には、図４
に示すように、断面矩形のレーザ光ビーム４０を用い
て、スケール基材６の幅方向に同時にスリット加工を行
うことができる。いずれの場合も、スケールパターンの
ライン／スペース制御を行うのが、描画制御装置４３で
ある。

【００１８】例えば、形成しようとするスケールパター
ンがライン／スペース＝２０μm ／２０μm であれば、
スケール基材６が４０μm 搬送される毎にレーザ光ビー
ム照射を行うことになる。この場合レーザ光ビーム照射
の時間間隔、即ち描画速度を一定としても、スケール基
材６の搬送速度がばらつけば正確なライン／スペースが
形成できない。そこで、搬送速度のばらつきに拘らず一
定のライン／スペースを得るために、描画速度をフィー
ドバック制御するべく、光電式エンコーダ４４が用いら
れる。

【００１９】例えば、上述のようにライン／スペース＝
２０μm ／２０μm として、光電式エンコーダ４４から
は４０μm 周期の正弦波状出力信号が得られるものとす
る。搬送速度の異常によりスケールパターンが設計値か
らずれると、光電式エンコーダ４４からの出力信号の周
期が４０μm からずれる。従ってこの出力信号を描画速
度制御信号として、その周期が正常状態に戻るように描
画制御装置４３を帰還制御することにより、搬送速度の
変動の影響を抑制して所望のライン／スペースを得るこ
とができる。

【００２０】上記実施例では、スケール基材６を連続的
に搬送しながら、成膜及び加工を行うようにしたが、例
えば図５に示すように、間欠的に所定距離ずつ繰り出
し、静止状態で成膜と加工を行うという制御を行うこと
もできる。この場合には、レーザ光源４１をスケール基
材６の長手方向にステップ的に走査する機構が必要とな
る。

【００２１】また上記実施例では、スケール基材６はテ
ープ状の連続基材としたが、例えば所定長さの板状基材
を用いた場合も、この発明は有効である。この場合のス
ケール製造装置の概略構成を図６に示す。ローダ部６に
複数枚ロードしたスケール基材６を一枚ずつ順次成膜室
３及びレーザ加工室４に送って、成膜及び加工を行うこ
とができる。搬送機構は省略してあるが、半導体製造装
置の分野で用いられている複数の処理室間のウェハ搬送
の機構を用いることができる。

【００２２】以上のようにこの実施例によれば、一つの
真空装置を用いたコンパクトな製造装置により、スケー
ル基材への薄膜の成膜からスケールパターンの加工まで
を完結的に実行すること、特に長尺のスケールを連続的
に形成することが可能となる。また、リソグラフィを用
いる方式に比べて工程は簡単であり、高品位のスケール
を得ることができる。また、描画したスケールパターン
を直接モニターとして利用して加工制御を行うことによ
り、固定の搬送速度と描画速度で描画する方式に比べて
高精度のパターン描画が可能である。更に位置検出を行
う方式の方が速度検出を行うより高精度検出が可能であ
るから、この実施例によれば、スケール基材の搬送速度
を検出して速度制御を行う方式に比べて、より高精度の
スケールパターンを得ることが可能となる。また、スケ
ールパターンの画像検出を行って描画制御することも考
えられるが、この実施例の場合、作られるスケールその
ものを利用して光電式エンコーダを構成しており、従っ
て、小型で且つ低コストのモニタリングシステムとな
る。

【００２３】なお実施例では、光電式エンコーダが、作
られるライン／スペースのピッチと同じピッチの正弦波
状出力信号を出すものとして、その出力信号をそのまま
利用したが、内挿回路を備えてより分割された微細ピッ
チの信号を得てこれを利用してもよい。この様な微細ピ
ッチの出力信号を用いれば、より高精度の描画制御が可
能となり、更には、単純なスケールパターンに限らず、
自在なスケールパターンを形成することも可能となる。
これは例えば、光電式変位検出器用のスケールではな
く、静電容量式変位検出器用のスケールパターンを形成
する場合等に有利である。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ス
ケール基材の搬送手段と、成膜室及びレーザ加工室とを
一つの真空装置内に配置した装置構成により、複雑な工
程を要せず高品位のスケールパターンを得ることが可能
となり、特に長尺のスケールパターンを連続的に高精度
で形成することができる。またレーザ加工室に、形成さ
れたスケールパターンを用いた光電式エンコーダを構成
して、その出力信号をモニターして描画制御を行うこと
により、搬送速度のばらつき等の影響を受けず高精度の
スケールパターンを形成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係るスケール製造装置
の構成を示す図である。

【図２】 同実施例の光電式エンコーダの部分の具体構
成例である。

【図３】 同実施例のスケール製造装置による描画動作
例を説明するための図である。

【図４】 同実施例のスケール製造装置による他の描画
動作例を説明するための図である。

【図５】 他の実施例による搬送と成膜及び加工の動作
を説明するための図である。

【図６】 他の実施例によるスケール製造装置の概略構
成を示す図である。

【符号の説明】

１…真空装置、２…ローダ部、２１…繰り出しロール、
３…成膜室、４…レーザ加工室、４１…レーザ光源、４
２…偏向制御装置、４３…描画制御装置、４４…光電式
エンコーダ、５…アンローダ部、５１…巻き取りロー
ル、６…スケール基材、６１…薄膜、６２…スケールパ
ターン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スケール基材を搬送する搬送手段と、こ
   の搬送手段により送り出される前記スケール基材上に薄
   膜を堆積する成膜室と、この成膜室を通って前記スケー
   ル基材上に形成された薄膜をレーザ光ビームにより所望
   ピッチのスケールパターンに加工するレーザ加工室とが
   一つの真空装置内に配置されていることを特徴とする変
   位検出器のスケール製造装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ加工室内に形成されたスケー
   ルパターンを用いて構成された光電式エンコーダと、こ
   の光電式エンコーダの正弦波状出力信号を描画速度の制
   御信号として取り込み、前記光電式エンコーダの正弦波
   状出力信号が一定周期になるように前記レーザ加工室の
   光源を制御する描画制御装置とを有することを特徴とす
   る請求項１記載の変位検出器のスケール製造装置。
3. 【請求項３】 前記搬送手段は、前記成膜室とレーザ加
   工室を間に挟んでローダ部とアンローダ部とを配置し、
   前記ローダ部に長尺のスケール基材を巻いた繰り出しロ
   ールをセットし、前記アンローダ部に前記繰り出しロー
   ルから繰り出されたスケール基材を巻き取る巻き取りロ
   ールをセットして構成されていることを特徴とする請求
   項１記載の変位検出器のスケール製造装置。