JPH11221732A - ステージ装置および加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージが本来の可動方向以外の方向に回転
または移動した場合でも加工ツールと被加工物の相対位
置を精確に測定できるようにする。また、定盤の歪みが
ステージの動きとして計測されてしまうことを防ぐ。 【解決手段】 Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動可能な各移動
ステージ４、３、５と、各移動ステージの位置を計測す
る位置計測手段とを備え、各移動ステージの位置を制御
して被加工物７および加工ツール６を位置決めする加工
装置のステージ装置において、各移動ステージ位置の計
測基準である基準部材１を備え、位置計測手段は、基準
部材からの相対位置として各移動ステージの位置を計測
する。また位置計測手段は、ＸＹステージのＸ、Ｙ各軸
方向位置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、およびＺ軸
方向の位置を計測する手段８ａ〜８ｂ、１３ａ〜１３
ｅ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂと、Ｚステージの
Ｚ軸方向位置、およびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を計測
する手段８ｃ、１３ｆ〜１３ｈとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密加工を行う加
工装置およびそれに適用されるステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸からなる３次元の加
工装置としては、例えば図４に示すようなものが知られ
ている。この装置において、まずＸステージについて説
明すると、ＸＹステージ３はＸスライダ４上のＹガイド
によって拘束され、Ｘスライダ４上ではＹ軸方向にのみ
移動可能である。また、Ｘスライダ４自体はＸ軸方向に
のみ移動可能なようにＸガイド１０ａおよび１０ｂによ
って拘束される。ＸＹステージ３は定盤２面に対してＺ
軸方向に発生する自重を受ける平面のガイドによっても
支えられており、結果として、ＸＹステージ３は定盤２
上面のＸＹ平面上をＸおよびＹ軸方向にのみ移動可能な
ステージ構成を有する。

【０００３】ＸＹステージ３とＸスライダ４との間のガ
イド部９には図示されていないリニアモータが内蔵され
ており、このリニアモータはＸＹステージ３をＹ軸方向
に移動させる推力を発生させる。Ｘスライダ４をＸ方向
に移動可能なようにガイドするガイド部１０ａ、１０ｂ
には図示されない内蔵のリニアモータを有しており、こ
のリニアモータはＸスライダ４とともにＸＹステージ３
をＸ軸方向に移動させる推力を発生する。

【０００４】次にＺステージについて説明する。Ｚステ
ージ５は門型のフレーム１２に対して、Ｚガイド１１ａ
および１１ｂによってＺ軸方向にのみ移動可能に拘束さ
れている。Ｚステージ５を拘束するＺガイド１１ａおよ
び１１ｂ部分には図示されていない内蔵されたＺリニア
モータを有しており、このＺリニアモータはＺステージ
５に対してその可動方向に推力を与える。

【０００５】各ステージの位置計測はヘテロダイン式の
レーザの干渉を利用したレーザ測長器によって行われる
が、その干渉計１３ａ、１３ｃ、１３ｆは定盤２上に独
立に配置され、ＸＹステージ３およびＺステージ５に設
置された反射ミラー８ａ〜８ｃとの相対位置を検出す
る。例えば、ＸＹステージ３のＸ軸方向の位置は、Ｘ軸
と平行のレーザ光１６ａを、定盤２上に設置された、レ
ーザ測長器の干渉計１３ａに通し、ＸＹステージ３上に
設置された反射ミラー８ａのＸ面で反射させ、干渉計１
３ａで干渉させて、ＸＹステージ３のＸ方向の干渉計３
１ａとの相対位置の変化として計測する。同様の方法で
ＸＹステージ３のＹ軸方向の位置をＹ軸の干渉計１３ｃ
で計測し、また、Ｚステージ５のＺ軸方向の位置をＺ軸
の干渉計１３ｆで測定する。

【０００６】ＸＹステージ３に搭載された被加工物７
は、Ｚステージ５に搭載された加工ツール６が接触する
ことにより被加工物７の接触面が加工されるが、被加工
物７の精密な加工を行うために、ＸＹステージ３とＺス
テージ５間の相対位置を前記の計測手段で計測し、制御
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例によれば、ＸＹステージ３およびＺステージ５につ
いて、Ｘ、Ｙ、Ｚそれぞれの可動方向に関して１軸の位
置しか計測していないために問題が生じる。つまり、ス
テージを拘束するガイドの剛性不足によってステージが
拘束されているはずの方向のずれ、例えばＸＹステージ
３においてはＸＹステージ３のＺ軸周りの回転が生じた
としても、それについては計測していないため、ＸＹス
テージ３およびＺステージ５上に搭載された加工ツール
６と被加工物７の相対位置の変化を認識することができ
ない。その結果、そのようなずれを補正することができ
ず、加工精度が悪化する。

【０００８】また、ＸＹステージ３およびＺステージ５
の位置を測定するための基準である干渉計１３ａ、１３
ｃ、１３ｆが、定盤２上にそれぞれ独立して設置してあ
るため、ＸＹステージ３の移動によって定盤２が歪んだ
場合には、それによって干渉計が動いた場合や光軸が傾
いた場合でも、見かけ上各ステージが動いているように
計測され、ステージが動いているのか否かが判別できな
い。このように計測装置を搭載した定盤２が変形する
と、測定装置が動き、見かけ上ステージが動いているか
のように見え、被加工物と加工ツールの相対位置が正し
く測定されず、加工精度が悪化することがある。

【０００９】また、定盤２にステージを駆動するモータ
の熱が伝わったり、または環境温度の変化で定盤２に温
度分布が発生した場合に、定盤２が歪むことがある。こ
の歪みは、前記ＸＹステージ３の移動により定盤２が歪
んだ場合と同じ結果をもたらす。これを避けるためにた
とえ定盤２に低熱膨張材を用いたとしても、定盤２はス
テージが乗る十分な大きさが必要であるため、歪みが発
生する可能性は高い。さらに、ステージの移動や加工ツ
ールの回転その他の環境によって発生する振動が定盤２
に伝わった場合、定盤２が励振し、微少ながら場所によ
って歪む。これも前記と同様の結果をもたらす。

【００１０】本発明の目的は、これら従来技術の問題点
に鑑み、ステージ装置および加工装置において、ガイド
の剛性不足によりステージが本来の可動方向以外の方向
に回転または移動した場合でも、加工ツールと被加工物
の相対位置を精確に測定できるようにすることにある。
また、定盤の歪みがステージの動きとして計測されてし
まうことを防ぐことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動可能な各移
動ステージと、各移動ステージの位置を計測する位置計
測手段とを備え、各移動ステージの位置を制御して被加
工物および加工ツールを位置決めする加工装置のステー
ジ装置において、各移動ステージ位置の計測基準である
基準部材を備え、前記位置計測手段は、前記基準部材か
らの相対位置として各移動ステージの位置を計測するも
のであることを特徴とする。

【００１２】これによれば、基準部材からの相対位置と
して各移動ステージの位置が計測されるため、装置の定
盤に歪みが生じても、被加工物および加工ツール間の位
置関係が精確に計測される。したがって、定盤の歪みが
ステージの動きとして計測されてしまうこともない。

【００１３】また、本発明の別の態様においては、被加
工物または加工ツールのうちの一方および他方をそれぞ
れ搭載するＸＹステージおよびＺステージと、これらス
テージの位置を計測する位置計測手段と、この位置計測
結果に基づいて前記ＸＹステージおよびＺステージの位
置を制御する加工装置のステージ装置において、前記位
置計測手段は、前記ＸＹステージのＸ、Ｙ各軸方向位
置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、およびＺ軸方向の
位置を計測する手段と、前記ＺステージのＺ軸方向位
置、およびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を計測する手段と
を有することを特徴とする。

【００１４】これによれば、ＸＹステージの本来の可動
方向の位置であるＸ、Ｙ各軸方向位置に加え、Ｘ、Ｙ、
Ｚ各軸回りの回転位置、およびＺ軸方向の位置が計測さ
れ、また、Ｚステージについてもその本来の可動方向の
位置であるＺ軸方向位置に加えてＸ、Ｙ各軸回りの回転
位置が計測されるため、各ステージのガイドの剛性不足
により各ステージが本来の可動方向以外の方向に回転ま
たは移動した場合でも、加工ツールと被加工物の相対位
置が精確に測定される。また、本発明の加工装置は、こ
のようなステージ装置を有することを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、被加工物または加工ツールのうちの一方および他
方をそれぞれ搭載するＸＹステージおよびＺステージ
と、これらステージの位置を計測する位置計測手段と、
この位置計測結果に基づいてＸＹステージおよびＺステ
ージの位置を制御する加工装置のステージ装置におい
て、位置計測手段は、ＸＹステージのＸ、Ｙ各軸方向位
置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、およびＺ軸方向の
位置を計測する手段と、ＺステージのＺ軸方向位置、お
よびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を計測する手段とを有
し、これらのステージ位置を単一の計測基準である基準
部材からの相対位置として計測するものである。基準部
材からの相対位置の計測は、具体的には、位置計測手段
を構成するレーザ測長器の干渉計やレーザ光源のすべて
を前記基準部材上に配置し、それらによりＸＹステージ
およびＺステージまでの相対位置を検出することによ
り、行うことができる。

【００１６】あるいは位置計測手段は、ＸＹステージの
Ｘ、Ｙ各軸方向位置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、
およびＺ軸方向の位置を計測する手段と、Ｚステージの
Ｚ軸方向位置、およびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を計測
する手段とを有し、これらステージ位置のうちのいくつ
かを第１の計測基準となる第１の基準部材からの相対位
置として計測し、他のステージ位置を第２の計測基準で
ある第２の基準部材からの相対位置として計測するとと
もに、第１基準部材上に第２基準部材の６軸方向の位置
を計測する手段を有し、第２基準部材からの相対位置と
して計測するステージ位置を、第１基準部材を基準とす
る相対位置として計測するものである。この場合、位置
計測手段は第２基準部材からの相対位置として計測する
ＸＹステージおよびＺステージの位置を、第１基準部材
を基準とする相対位置として計測することができる。

【００１７】ＸＹステージは、ＸおよびＹ軸方向以外の
動きをそれぞれガイドによって拘束され、ガイドのスト
ローク内におけるＸＹ平面上の任意の位置に移動可能な
ものであり、ＺステージはＺ軸方向以外の動きをガイド
によって拘束され、そのガイドのストローク内における
Ｚ軸方向の任意の位置に移動可能なものである。

【００１８】また、基準部材は低熱膨張材であり、ま
た、歪みが発生しないように、３点受けで設置したもの
であるのが好ましい。さらに、基準部材を、それが設置
される装置の定盤本体より遥かに小型化にすることによ
り、熱膨張による歪みの影響を極力小さくするととも
に、剛性と共振周波数を高くして歪みが発生しないよう
にすることができる。

【００１９】位置計測手段により計測するステージ位置
に基づいて各ステージの位置が補償され、これにより加
工装置における加工精度が補償される。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る加工装置のス
テージ装置を示す斜視図である。同図に示すように、こ
の装置は、被加工物７を搭載するＸＹステージ３、加工
ツール６を搭載するＺステージ５、これらのステージの
位置を計測する干渉系１３ａ、１３ｆ等の位置計測手
段、ならびに、この位置計測結果に基づいてＸＹステー
ジ３およびＺステージ５の位置を制御する不図示の制御
手段を備える。位置計測手段は、ＸＹステージ３のＸ、
Ｙ各軸方向位置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、およ
びＺ軸方向の位置を計測するとともに、Ｚステージ５の
Ｚ軸方向位置、およびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を計測
する。その際、これらのステージ位置を単一の計測基準
である計測コア１からの相対位置として計測する。

【００２１】計測コア１は、熱膨張による変形を防ぐた
めに低熱膨張材で構成され、剛性も高く構成される。ま
た、計測コア１は定盤２上に設置されるが、その際、定
盤２が変形することによる影響と計測コア１自体の自重
による変形をキャンセルするように固定される。つま
り、リジッドに固定すると定盤２が歪んだ際の影響を受
ける可能性があるのでこれを避けるとともに、また計測
コア１自体の自重による変形の影響を極力さけるため
に、変形が一番小さくなる地点で下方から３点支持し、
かつ横ずれを防ぐために横から押さえる方法をとる。

【００２２】ＸＹステージ３はＸスライダ４上のＹガイ
ド９によって拘束され、Ｘスライダ４上ではＹ軸方向１
８にのみ移動可能である、また、Ｘスライダ４自体はＸ
軸方向１７にのみ移動可能なようにＸガイド１０ａと１
０ｂによって拘束される。ＸＹステージ３は定盤２面に
対してＺ軸方向１９に発生する自重を受ける平面のガイ
ドによっても支えられており、結果として、ＸＹステー
ジ３が定盤上面のＸＹ平面上をＸ軸方向１７およびＹ軸
方向１８にのみ移動可能なステージ構成を有する。

【００２３】ＸＹステージ３とＸスライダ４との間のＸ
ガイド９には、図示されていないリニアモータが内蔵さ
れており、このリニアモータは、ＸＹステージ３をＹ軸
方向１８の可動方向に移動させる推力を発生させる。Ｘ
スライダ４をＸ軸方向１７に移動可能とするＹガイド１
０ａと１０ｂ部分には、図示されない内蔵のリニアモー
タを有しており、このリニアモータは、Ｘスライダ４と
ともにＸＹステージ３をＸ軸方向１７の可動方向に移動
させる推力を発生する。

【００２４】Ｚステージ５は門型フレーム１２に対して
Ｚガイド１１ａと１１ｂによってＺ軸方向１９にのみ移
動可能となるように拘束されている。Ｚステージ５を拘
束するＺガイド１１ａとＺガイド１１ｂ部分にはそれぞ
れ図示されていない内蔵されたリニアモータを有してお
り、このリニアモータは、Ｚステージ５に対してその可
動方向に推力を与える。

【００２５】位置計測手段を構成するレーザ測長器はヘ
テロダイン式のレーザの干渉を利用したものであり、干
渉計はすべて計測基準である計測コア１上に配置され、
計測コア１を基準にＸＹステージ３およびＺステージ５
に設置された反射ミラーとの相対位置、角度を検出す
る。すなわち、レーザ測長器の第１の干渉計１３ａは計
測コア１上に配置され、ＸＹステージ３のＸ軸方向１７
の位置を計測するものであり、Ｘ軸方向１７と平行のレ
ーザ光１６ａを第１の干渉計１３ａに通し、ＸＹステー
ジ３上に設置された第１の反射ミラー面であるＸ面８ａ
で反射させ、干渉計１３ａで干渉させて、Ｘ軸方向１７
のＸＹステージ３と干渉計１３ａとの相対位置を計測す
る。第１の反射ミラー面であるＸ面８ａはＹ軸方向１８
とＺ軸方向１９に広がるＹＺ平面と平行な平面であり、
ＸＹステージ３がＹ軸方向１８にＹガイド９のストロー
ク範囲内で移動しても、第１の干渉計１３ａを通るレー
ザ光１６ａが反射面８ａからはずれることがないような
大きさを有する。したがってＸＹステージ３がＹ軸方向
１７に移動しても、干渉計１３ａによる計測が可能であ
る。

【００２６】レーザ測長器の第２の干渉計１３ｂは第１
の干渉計１３ａとＺ軸方向１９の位置のみが異なるだけ
で、同様の構成および同様の性能を有する。しかしなが
ら、第１の干渉計１３ａとＺ軸方向１９の位置が異なる
ため、ガイドの剛性不足等によりＸＹステージ３がＹ軸
方向１８の軸周りで回転する場合には、第１の干渉計１
３ａと第２の干渉計１３ｂで測定される計測コア１とＸ
Ｙステージ３間のＸ軸方向１７の相対位置は異なる。こ
の位置の差△Ｘ、干渉計１３ａおよび１３ｂで測定した
干渉計からステージまでのＹ軸方向１８の位置の平均値
Ｘ、および干渉計１３ａと１３ｂを通るレーザ光１６ａ
と１６ｂ間のＺ方向の位置の差である△Ｚから、ＸＹス
テージ３のＹ軸方向１８の軸周りの回転角度を容易に導
き出すことができる。

【００２７】レーザ測長器の第３の干渉計１３ｃは、計
測コア１上に配置され、ＸＹステージ３のＹ軸方向１８
の位置を計測するものであり、Ｙ軸方向１８と平行なレ
ーザ光１６ｃを第３の干渉計１３ｃに通し、ＸＹステー
ジ３上に設置された第２の反射ミラー面であるＹ面８ｂ
で反射させ、干渉計１３ｃで干渉させて、Ｙ軸方向１８
のＸＹステージ３と干渉計１３ｃ間の相対位置を計測す
る。

【００２８】第２の反射ミラー面であるＹ面８ｂはＸ軸
方向１７とＺ軸方向１９に広がるＸＺ平面に平行な平面
であり、ＸＹステージ３がＸ軸方向１７にＸガイド１０
ａおよび１０ｂのストローク範囲内で移動しても、第３
の干渉計１３ｃを通るレーザ光１６ｃが第２の反射面で
あるＹ面８ｃからはずれることがないような大きさを有
する。したがってＸＹステージ３がＸ軸方向１７に移動
しても、干渉計１３ｃによる計測が可能である。

【００２９】レーザ測長器の第４の干渉計１３ｄは第３
の干渉計１３ｃとＺ軸方向１９の位置のみが異なるだけ
で、同様の構成、同様の性能を有する。しかしながら、
第３の干渉計１３ｃとＺ軸方向１９の位置が異なるた
め、ガイドの剛性不足等によりＸＹステージ３がＸ軸方
向１７の軸周りで回転する場合には、干渉計１３ｃおよ
び１３ｄで測定した、計測コア１とＸＹステージ３との
Ｙ軸方向１８の相対位置は異なる。このとき、その位置
の差△Ｙ、干渉計１３ｃ、１３ｄで測定した干渉計から
ステージまでのＹ軸方向１８の位置の平均値Ｙ、および
干渉計１３ｃと１３ｄを通るレーザ光１６ｃと１６ｄ間
のＺ軸方向１９の位置の差である△ＺからＸＹステージ
のＸ軸方向１７の軸周りの回転角度を容易に導き出すこ
とができる。

【００３０】レーザ測長器の第５の干渉計１３ｅは第３
の干渉計１３ｃとＸ軸方向１７の位置のみが異なるだけ
で、同様の構成、同様の性能を有する。しかしながら、
第３の干渉計１３ｃとＸ軸方向１７の位置が異なるた
め、ガイドの剛性不足等によりＸＹステージ３がＺ軸方
向１９の軸周りで回転する場合には第３の干渉計１３ｃ
と第５の干渉計１３ｅで測定した、計測コア１とＸＹス
テージ３間のＹ軸方向１８の相対位置は異なる。このと
き、その位置の差△Ｙ、干渉計１３ｃと１３ｅで測定し
た干渉計からステージまでのＹ軸方向１８の位置の平均
値Ｙ、および干渉計１３ｃと１３ｅを通るレーザ光１６
ｃと１６ｅとのＺ軸方向１９の位置の差△Ｚから、ＸＹ
ステージ３のＺ軸方向１９の軸周りの回転角度を容易に
導出すことができる。

【００３１】同様にして、Ｚステージ５についても、計
測基準である計測コア１に設置された干渉計により相対
位置を測定することができる。すなわち、レーザ測長器
の第６の干渉計１３ｆは、計測コア１上に配置され、Ｚ
ステージ５のＺ軸方向１９の位置を計測するものであ
り、Ｚ軸方向１９と平行のレーザ光１６ｆを第６の干渉
計１３ｆに通し、Ｚステージ５上に設置された第３の反
射ミラー面であるＺ面８ｃで反射させ、干渉計１３ｆで
干渉させて、Ｚ軸方向１９におけるＺステージと干渉計
１３ｆ間の相対位置を計測する。

【００３２】反射ミラー面であるＺ面８ｃはＸ軸方向１
７とＹ軸方向１８に広がるＸＹ平面と平行な平面であ
る。レーザ測長器の第７の干渉計１３ｇは第６の干渉計
１３ｆとＸ軸方向１７の位置のみが異なるだけで、同様
の構成、同様の性能を有する。しかしながら、第６の干
渉計１３ｆとＸ軸方向１７の位置が異なるため、ガイド
の剛性不足等によりＺステージ５がＹ軸方向１８の軸周
りで回転する場合には第６の干渉計１３ｆと第７の干渉
計１３ｇで測定した、計測コア１とＺステージ５間のＺ
軸方向１９の相対位置は異なる。このとき、その位置の
差△Ｚ、干渉計１３ｆと１３ｇで測定したそれら干渉計
からＺステージ５までのＺ軸方向１９の位置の平均値
Ｚ、および干渉計１３ｆと１３ｇを通るレーザ光１６ｆ
と１６ｇ間のＸ軸方向１７の位置の差である△Ｘから、
Ｚステージ１９のＹ軸方向１８の軸周りの回転角度を容
易に導き出すことができる。

【００３３】レーザ測長器の第８の干渉計１３ｈは第６
の干渉計１３ｆとＹ軸方向１８の位置のみが異なるだけ
で、同様の構成、同様の性能を有する。しかしながら、
第６の干渉計１３ｆとＹ軸方向１８の位置が異なるた
め、ガイドの剛性不足等によりＺステージ５がＸ軸方向
１７の軸周りで回転する場合には第６の干渉計l ３ｆと
第８の干渉計１３ｈで測定した、計測コア１とＺステー
ジ５間のＺ軸方向１９の相対位置は異なる。このとき、
その位置の差△Ｚ、干渉計１３ｆと１３ｈで測定したこ
れら干渉計からＺステージ５までのＺ軸方向１９の位置
の平均値Ｚ、および干渉計１３ｆと１３ｈを通るレーザ
光１６ｆと１６ｈ間のＹ軸方向１８の位置の差である△
Ｙから、ＺステージのＸ軸方向１７の軸周りの回転角度
を容易に導き出すことができる。

【００３４】次に、各移動ステージの位置を検出するも
う１つの計測手段である、レーザを用いた面方向の測定
器について説明する。面方向のレーザ測定器は、レーザ
光源と、４分割された受光部とからなり、図２に示され
るように、レーザ光２１が４分割された受光部２０ａ〜
２０ｄ上でどれだけ動いたかを受光部２０ａ〜２０ｄが
受けるレーザ光２１のパワーの変化から測定する。この
ようなレーザ測定器を用いて、ＸＹステージ３のＺ軸方
向１９の移動を次のようにして測定することができる。
すなわち、計測基準である計測コア１に設置された第１
のレーザ光源１４ａからＸ軸方向１７に平行なレーザ光
１６ｉを射出し、これをＸスライダ４上に設置された第
１の受光板１５ａで受光する。そして受光板１５ａに当
たるレーザ光の位置から、計測コア１から見たＸスライ
ダ４のＺ軸方向１９およびＹ軸方向１８の動きを測定す
る。また、Ｘスライダ４には第２のレーザ光源１４ｂが
設置されており、第２のレーザ光源１４ｂからＹ軸方向
１８と平行なレーザ光１６ｊを射出し、ＸＹステージ３
に設置された第２の受光板１５ｂに当たるレーザ光１６
ｊの位置から、Ｘスライダ４から見たＸＹステージ３の
Ｚ軸方向１９およびＸ軸方向１７の位置を測定する。よ
って、計測基準である計測コア１を基準にＸＹステージ
３のＺ軸方向１９の動きを観測することが可能な構成と
なる。

【００３５】以上のような構成とすることで、ＸＹステ
ージ３とＺステージ５の位置を、計測基準である計測コ
ア１からの相対的な位置として測定することができる。

【００３６】図３は、本発明の他の実施例に係る加工装
置のステージ装置を示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施例においては計測基準である図１で示した計
測コア１が第１の計測コア１ａと第２の計測コア１ｂに
２分割されており、計測コア１ａ上にはレーザ測長器の
干渉計１３ｉ〜１３ｋおよび面方向測定器のレーザ光源
１４ｃおよび１４ｄが設けられ、計測コア１ｂ上にはそ
の面方向測定器の受光板１５ｃおよび１５ｄが設けられ
ている。このレーザ測長器および面方向測定器によっ
て、計測コア１ｂは、計測コア１ａより、６軸の自由度
すべてが計測されている。したがって、第１の計測コア
１ａと第２の計測コア１ｂが別々に傾いたとしても、そ
の動きはすべて第１の計測コア１ａを基準に計測され、
図１の計測コア１が１つの場合と同様の効果を奏する。
また、本実施例によれば、計測コアを２分割しているた
め、各計測コアがさらに小型化され、温度変化や振動に
よる計測コアの歪みという悪条件がさらに発生しにくく
なる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、装
置の定盤に歪みが生じても、被加工物および加工ツール
間の位置関係を精確に計測することができ、定盤の歪み
がステージの動きとして計測されてしまうこともない。
また、ＸＹステージの本来の可動方向の位置であるＸ、
Ｙ各軸方向位置に加え、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位
置、およびＺ軸方向の位置が計測され、また、Ｚステー
ジについてもその本来の可動方向の位置であるＺ軸方向
位置に加えてＸ、Ｙ各軸回りの回転位置が計測されるた
め、各ステージのガイドの剛性不足により各ステージが
本来の可動方向以外の方向に回転または移動した場合で
も、加工ツールと被加工物間の相対位置を精確に測定
し、補正することができる。

【００３８】つまり具体的には、ステージを拘束するガ
イドの剛性不足によって、ステージが拘束されているは
ずの方向に対して回転を生じた場合、例えばＸＹステー
ジにおいてはＸＹステージのＺ軸周りの回転を生じた場
合でも、その回転位置を計測しているため、例えばＸＹ
ステージを搭載するＸスライダの２つのリニアモータの
推力を別々に制御することにより、その回転を制御する
ことができる。また、回転を制御しない場合でも、ＸＹ
ステージの回転を計測しているので、ＸＹステージを移
動させることにより、加工点のＸＹステージの回転によ
る位置ずれを補正することができる。このように加工精
度に影響するステージの動きをすべて計測することによ
り、ＸＹステージおよびＺステージ上に搭載された加工
ツールと被加工物の相対位置の変化を計測でき、また、
補正する事が可能となるので、加工精度の悪化を防ぐこ
とができる。

【００３９】また、ＸＹステージの移動によって定盤が
歪んだ場合でも、ＸＹステージとＺステージの位置を基
準部材からの相対位置として計測しているため、定盤の
歪みによる、ＸＹステージとＺステージに搭載された被
加工物と加工ツールの相対位置は常に計測されているの
で、被加工物上の加工点の位置ずれが発生しないように
補正することが可能である。

【００４０】また、基準部材は、熱源となるステージを
駆動するためのモータとは離して設けることができるた
め、定盤にステージを駆動するモータの熱が伝わった場
合においても、基準部材には熱は伝わりにくい。また、
環境温度の変化が生じた場合でも、基準部材は低熱膨張
材で作られており、また、定盤に比べて基準部材は十分
小さくすることができるため、基準部材内での温度分布
が生じない。したがって被加工物および加工ツール間の
位置関係を精確に計測し、補正することができる。

【００４１】また、ステージの移動や加工ツールの回転
その他の環境によって発生する振動が定盤に伝わり、基
準部材が振動しまたは傾いた場合においても、ＸＹステ
ージとＺステージは基準部材からの相対位置として測定
されているため、見かけ上はＸＹステージとＺステージ
が共に同じように振動または傾いたように計測されるの
で、ＸＹステージとＺステージの相対位置は変化してい
ないように計測され、問題は発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】 図１の実施例において使用される面方向の位
置測定器の説明図である。

【図３】 本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図４】 従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１：計測コア、２：定盤、３：ＸＹステージ、４：Ｘス
ライダ、５：Ｚステージ、６：加工ツール、７：被加工
物、８ａ：反射ミラーＸ面、８ｂ：反射ミラーＹ面、８
ｃ：反射ミラーＺ面、９：ＸＹステージガイド（リニア
モータ内蔵）、１０ａ，１０ｂ：Ｘスライダガイド（リ
ニアモータ内蔵）、１１ａ，１１ｂ：Ｚステージガイド
（リニアモータ内蔵）、１２：門型フレーム、１３ａ〜
１３ｋ：干渉計、１４ａ〜１４ｄ：レーザ光源、１５ａ
〜１５ｄ：受光板、１６ａ〜１６ｊ：レーザ光、１７：
Ｘ軸方向、１８：Ｙ軸方向、１９：Ｚ軸方向、２０ａ〜
２０ｄ：受光板、２１：レーザ光。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動可能な各移動
   ステージと、各移動ステージの位置を計測する位置計測
   手段とを備え、各移動ステージの位置を制御して被加工
   物および加工ツールを位置決めする加工装置のステージ
   装置において、各移動ステージ位置の計測基準である基
   準部材を備え、前記位置計測手段は、前記基準部材から
   の相対位置として各移動ステージの位置を計測するもの
   であることを特徴とするステージ装置。
2. 【請求項２】 被加工物または加工ツールのうちの一方
   および他方をそれぞれ搭載するＸＹステージおよびＺス
   テージと、これらステージの位置を計測する位置計測手
   段と、この位置計測結果に基づいて前記ＸＹステージお
   よびＺステージの位置を制御する加工装置のステージ装
   置において、前記位置計測手段は、前記ＸＹステージの
   Ｘ、Ｙ各軸方向位置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、
   およびＺ軸方向の位置を計測する手段と、前記Ｚステー
   ジのＺ軸方向位置、およびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を
   計測する手段とを有することを特徴とするステージ装
   置。
3. 【請求項３】 被加工物または加工ツールのうちの一方
   および他方をそれぞれ搭載するＸＹステージおよびＺス
   テージと、これらステージの位置を計測する位置計測手
   段と、この位置計測結果に基づいて前記ＸＹステージお
   よびＺステージの位置を制御する加工装置のステージ装
   置において、前記位置計測手段は、前記ＸＹステージの
   Ｘ、Ｙ各軸方向位置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸回りの回転位置、
   およびＺ軸方向の位置を計測する手段と、前記Ｚステー
   ジのＺ軸方向位置、およびＸ、Ｙ各軸回りの回転位置を
   計測する手段とを有し、これらのステージ位置を単一の
   計測基準である基準部材からの相対位置として計測する
   ものであることを特徴とするステージ装置。
4. 【請求項４】 被加工物または加工ツールのうちの一方
   および他方をそれぞれ搭載するＸＹステージおよびＺス
   テージと、これらステージの位置を計測する位置計測手
   段と、この位置計測結果に基づいて前記ＸＹステージお
   よびＺステージの位置を制御する制御手段とを備えた加
   工装置のステージ装置において、前記位置計測手段は、
   前記ＸＹステージのＸ、Ｙ各軸方向位置、Ｘ、Ｙ、Ｚ各
   軸回りの回転位置、およびＺ軸方向の位置を計測する手
   段と、前記ＺステージのＺ軸方向位置、およびＸ、Ｙ各
   軸回りの回転位置を計測する手段とを有し、これらステ
   ージ位置のうちのいくつかを第１の計測基準となる第１
   の基準部材からの相対位置として計測し、他のステージ
   位置を第２の計測基準である第２の基準部材からの相対
   位置として計測するとともに、前記第１基準部材上に前
   記第２基準部材の６軸方向の位置を計測する手段を有
   し、前記第２基準部材からの相対位置として計測するス
   テージ位置を、前記第１基準部材を基準とする相対位置
   として計測するものであることを特徴とするステージ装
   置。
5. 【請求項５】 前記ＸＹステージは、ＸおよびＹ軸方向
   以外の動きをそれぞれガイドによって拘束され、前記ガ
   イドのストローク内におけるＸＹ平面上の任意の位置に
   移動可能なものであり、前記ＺステージはＺ軸方向以外
   の動きをガイドによって拘束され、そのガイドのストロ
   ーク内におけるＺ軸方向の任意の位置に移動可能なもの
   であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に
   記載のステージ装置。
6. 【請求項６】 前記位置計測手段は前記第２基準部材か
   らの相対位置として計測する前記ＸＹステージおよびＺ
   ステージの位置を、前記第１基準部材を基準とする相対
   位置として計測するものであることを特徴とする請求項
   ４に記載のステージ装置。
7. 【請求項７】 前記基準部材は低熱膨張材であることを
   特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステー
   ジ装置。
8. 【請求項８】 前記基準部材は、歪みが発生しないよう
   に、３点受けて設置したものであることを特徴とする請
   求項１〜７のいずれか１項に記載のステージ装置。
9. 【請求項９】 前記位置計測手段により計測するステー
   ジ位置に基づいて各ステージの位置を補償し、これによ
   り前記加工装置における加工精度を補償することを特徴
   とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のステージ装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかのステージ装
    置を有することを特徴とする加工装置。