JPH02184704A - 測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステージの位置制御に用いる測長装置に関し
、特にＸＹステージ等の２次元移動体の位置計測装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ｘＹステージの位置制御を行なうための副長装置
としては、ロータリエンコーダやリニアエンコーダが主
として用いられてきた。このうち、リニアエンコーダは
ステージの移動長を直接６１できるため、比較的精度の
高い装置に採用されてきた。このリニアエンコーダの構
成を第４図に示す。同図において、リニアエンコーダハ
、リニアスケール４０１　と位置センサ４０２　とから
構成される。このリニアスケール４０１は一定周期で反
射率又は透過率の変化するスケールパターン４０３が描
かれたガラス又は金属基板により形成されている。この
リニアスケール４０１に対して位置センサ４０２内の発
光素子から出た光はＩＪ　Ｗアメケール４０１　を透過
又は反射した後、受光素子にょシ検出される。このとき
、リニアスケ−＃４０１が位置センサ４０２に対してス
ケールパターン４０３０周期方向の測長方向４０４に相
対移動すると、受光素子はパターン周期に同期した信号
を出力する。この信号変化をカウントすることにょシ、
リニアスケール４０１と位置センサ４０２との間の相対
移動距離が求められる。

次に、リニアエンコーダをｘＹステージに適用した例を
第５図に示す。本例はＹステージの上にＸステージを載
せる構成をとっている。同図において、ＸステージはＹ
軸ガイドレール５０１の上に載せられ、モータ５０２と
ボールネジ５０３とによりｙｅ力方向移動する。Ｙ軸方
向位置の検出は、Ｘステージに固定されたＹ動用リニア
スケール５０４とＹステージに固定されたＹ軸周位置セ
ンサ５０５とにより行なわれる。同様に載物台５０６は
Ｘステージ上のＸ軸ガイドレール５０７上に載せられ、
Ｘ軸駆動モータ５０８　とＸ軸駆動ボールネジ５０９と
によ、６ｘ軸方向に移動する。Ｘ軸方向位置の検出は載
物台５０６上に固定されたＸ動用リニアスケール５１０
とＸステージに固定されたＸ軸周位置センサ５１１Ｉと
によシ検出される。

〔発明が解決しようとする課題〕 上述した従来のリニアスケールを用いたＸＹステージで
は、次のようが問題があった。すなわち、その１つはＸ
Ｙステージの直交度は、リニアスケール５０４，５０９
　　とは無関係にｘｙステージ機構の組立精度に依存し
ている点である。すなわち、直交精度を上げようとすれ
ば、精密な直交度測定用の装置および十分な調整時間が
必要となる。また、他の１つはステージの直進性はガイ
ドとその組立精度とに大きく依存している点である。す
なわち、ガイドの非直線性に起因する位置誤差は、リニ
アエンコーダでは検出できない。したがって十分な精度
を得ようとすれば、十分吟味されたガイド部品を用い、
熟練した作業者が組立てる必要があった。さらにエアス
ライダ等の非接触のガイドでないかぎシ、摩耗等による
精度の経年劣化はさけられないという問題があった。

〔！１題を解決するための手段〕 本発明による測長装置としてリニアエンコーダを第１図
に示す。同図において、本来の測長方向である移動方向
に対して本発明ではスケール板１０１上のスケールパタ
ーン１０２を、測長方向としての移動方向１０３と直交
する方向、すなわち移動方向１０４に延長する。とのス
ケール板１０１の移動方向１０４の長さは、本発明によ
るスケール板１０１を用いてＸＹステージを組んだ場合
の直交する軸の移動距離をカバーできるだけ必要である
。

〔作用〕

同図においては、位置センサ１０！ｉが移動方向１０４
に動く場合、仮にスケールパターン１０２と完全に平行
でなければ、位置セ／す１０５かも移動方向１０３に関
する位置ずれ信号が検出される。この信号を位置決めサ
ーボ信号として利用すれば、移動方向１０４にＸＹステ
ージが移動する場合、スケールパターン１０２に正確に
追従させることができる。このため、本発明によるリニ
アスケール板１０１　を用いたＸＹステージでは、スケ
ール板１０１　　の精度により、ｘｙＸステージ直交性
、直進性が決まり、機構に依存する誤差は大幅に低減さ
れる。

〔実施例〕

次に本発明による測長装置の一実施例としてリニアエン
コーダをｘＹステージに適用する場合の構成を図に従っ
て説明する。

（実施例１） 第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明に係わるリニアスケ
ールを一基板の表裏面に構成した場合の上方から見た平
面図、側面から見た平面図を示したものである。

同図において、スケール板２０１０表裏面には、反射率
を周期的に変化させたスケールパターン２０２．２０３
が描かれておシ、これらの表裏面のスケールパターン２
０２，２０３は互いに正確に直交させて形成されている
。本実施例のスケール板２０１は反射型のスケールとし
て使われる。したがってスケール板２０１　の作り方と
しては、金属板に高反射率の金属を格子状に蒸着してス
ケールパターンを形成しこの金属板を２枚表裏にはυ合
わせる方法などがある。また、このスケール板２０１　
　の上下面に対向して配設されるＹ軸位置センサ２０４
およびＸ軸位置センサ２０５には、発光素子と受光素子
とがそれぞれ組込まれており、スケール板２０１　の表
面からの反射光変化により、移動距離を求めることがで
きる。

本実施例のリニアエンコーダをｘＹステージに組込む場
合２つの方法がある。その１つはスケール板２０１　を
２次元に移動させ、Ｙ軸位置センサ２０４、Ｘ軸位置セ
ンサ２０５　を固定しておく方法で、他の１つは第５図
に示すようにＹ軸ステージの上にＸ軸ステージが載る構
成のｘＹステージの場合、Ｙ軸位置センサ２０４はＸ軸
ステージに固定し、Ｘ軸位置センサ２０５は載物台５０
６　に固定する。ＸＹステージとしてモノリシックＩＣ
用レーザトリマのビームポジショナを考えた場合、ＸＹ
ステージ可動範囲は２０Ｘ２０ｍｎｚ位置分解能ｌ−ｉ
　０．１μｍ程度と力る。したがって、この場合の本発
明によるスケール板２０１は４０　Ｘ　４０ｍｍ程度の
スケール長さを持ち、描かれるパターンの周期は数μｍ
程度にして１周期内の位置検出は、受光信号強度の分割
により位置分解能０．１μｍまで求めればよい。

このよう々構成において、ｘＹステージがＹ軸移動方向
２０６に移動する時にＸ軸位置センサ２０５の信号によ
り位置決めサーボを用いれば刈′ステージはスケール板
２０１の裏面に描かれたパターン２０３に正［Ｋ沿って
Ｙ軸移動方向２０８に移動する。また、逆のＸ軸移動方
向２０Ｆの場合も同様である。したがってスケール板２
０１　を採用した場合、ｘＹステージの機構的表要素に
全く影響を受けずにスケール板２０１の製作精度のみで
全体の位置決め精度が決まるので、ＸＹステージの組立
調整が簡単となシ、機構の摩耗劣化による長期的な精度
低下もなく壜って均質なｘＹステージを量産できるよう
になる。

（実施例２） 第３図は本発明による測長装置としてリニアスケールの
他の実施例を示す平面図である。同図においては、スケ
ール板３０１　の同一面内ＫＸＸススケールパターン０
２とＹｌｌｈｌｌ−ルパターン３０３　とが互いに直交
して描かれている。したがってＹ軸位置センサ３０４　
およびＸ軸位置センサ３０５　には発光素子と受光素子
とが同一面側にくる反射型センサの他に発光素子と受光
素子との間にスケール板３０１　が入る透過型センサも
利用可能でちる。したがってスケール板３０１　は、実
施例１の場合のような金属板以外にガラス基板にスケー
ルパターンを蒸着して製作することもできる。

なお、３０６はＹ軸移動方向、３０７　ｔｉＸ軸移動方
向である。

このような構成によると、反射型センサを使う構成とし
た場合、Ｘ軸位置セ／す３０５　およびＸ軸位置センサ
３０４がスケール板３０１　に対して同一面側にくるた
め、実施例１に比べてＸＹエステ−機構にリニアスケー
ルを取付けやすくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、スケールパターンを測
長方向に対して直角方向に延長したので、当該スケール
の測長しようとする軸と直交する軸方向の移動に対して
当該スケールパターンを直交性および直進性の基準とす
ることが可能となる。

したがって従来、２組のリニアエンコーダを各軸に取付
けて位置決めを行なっているｘＹステージ等で問題であ
った直交性および直進性がＸＹエステ−機構の部品およ
び組立精度に依存し、リニアエンコーダでは補正できな
い点や長期使用後の機構部摩耗等による精度劣化および
組立に熟練と工数とが必要である点などが全面的に解消
される。

これは本発明によるリニアエンコーダを備えｆｔ）ＣＹ
ステージではステージの直進性、直交度を含む精度はリ
ニアスケール板の製作精度だけで決まるためで、機構部
の組立精度および経時変化には依存しないからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測長装置の基本構成を説明するリ
ニアエンコーダの平面図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は
本発明による測長装置の一実施例を説明するリニアエン
コーダの上方から見た平面図、側面から見た平面図、第
３図は本発明による測長装置の他の実施例を説明するリ
ニアエンコーダの上方から見た平面図、第４図は従来の
リニアエンコーダの構成を示す平面図、１ＩＳ５図は従
来のリニアエンコーダを用いたＸＹステージの構成を示
す平面図である。 １０１−−・・スケール板、１０２・・・−スケ−ルパ
ターン、１０３−・−・移動方向（測長方向）、１０４
　ψ・・・移動方向、１０５・・・−位置センサ、２０
１−＠・噛スケール板、２０２１２０３　　・−拳・ス
ケールパターン、２０４・・−・Ｙ軸位置センサ、２Ｑ
Ｓ−・・・Ｘ軸位置センサ、２０６　・拳・・Ｙ軸移動
方向、２０７・・−・Ｘ軸移動方向、３０１　・・・・
スケール板、３０２゜３０３　　・−・φスケールパタ
ーン、３０４１Ｉ争・・Ｙ軸位置センサ、３０５−・・
・Ｘ軸位置センサ、３０６　・・・・Ｙ軸移動方向、３
０１　・・・・Ｘ軸移動方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反射率または透過率の変化するスケールパターンが一定
   の周期で描かれたスケール基板と、前記スケール基板に
   光を当てる発光素子と前記スケールパターンに対して反
   射または透過した光を検出する受光素子とを有する位置
   センサとを備え、前記受光素子の出力信号の変化からス
   ケール基板と位置センサとの間の相対移動距離を求める
   測長装置において、前記スケール基板のスケールパター
   ンを測長方向と直交する方向に所定の長さ延長したこと
   を特徴とする測長装置。