JPH0640284B2 - 姿勢検出装置 - Google Patents
姿勢検出装置Info
- Publication number
- JPH0640284B2 JPH0640284B2 JP60279330A JP27933085A JPH0640284B2 JP H0640284 B2 JPH0640284 B2 JP H0640284B2 JP 60279330 A JP60279330 A JP 60279330A JP 27933085 A JP27933085 A JP 27933085A JP H0640284 B2 JPH0640284 B2 JP H0640284B2
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- Japan
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- posture
- stage
- spot position
- light spot
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］ 本発明は直線的に移動可能な物体の姿勢を検出する姿勢
検出装置に関する。このような姿勢検出装置は、特に半
導体製造のリソグラフィ工程における高精度な位置決め
ステージ装置をはじめ、超精密工作機械の送りテーブル
装置、各種計測装置用高精度ステージ等、あらゆる高精
度運動ステージ装置に応用可能な光線案内型リニアステ
ージ装置用として好適に用いることができる。
検出装置に関する。このような姿勢検出装置は、特に半
導体製造のリソグラフィ工程における高精度な位置決め
ステージ装置をはじめ、超精密工作機械の送りテーブル
装置、各種計測装置用高精度ステージ等、あらゆる高精
度運動ステージ装置に応用可能な光線案内型リニアステ
ージ装置用として好適に用いることができる。
［従来の技術］ 従来、高精度な直進運動を実現するためには必要な精度
に見合った機械的な案内、例えばリニアボールベアリン
グや静圧軸受案内機構が用いられてきた。従って、テー
ブルの運動精度はこれら案内機構の形状精度に依存する
ため高精度な運動を実現するには高度の機械工作技術と
多大な時間をかける加工が不可欠であり、非常に高価な
ものとなっていた。また、数メートルから数十メートル
といった長ストロークを高精度に運動させることは機械
的な案内をもってしてはほとんど不可能に近かった。
に見合った機械的な案内、例えばリニアボールベアリン
グや静圧軸受案内機構が用いられてきた。従って、テー
ブルの運動精度はこれら案内機構の形状精度に依存する
ため高精度な運動を実現するには高度の機械工作技術と
多大な時間をかける加工が不可欠であり、非常に高価な
ものとなっていた。また、数メートルから数十メートル
といった長ストロークを高精度に運動させることは機械
的な案内をもってしてはほとんど不可能に近かった。
［発明の目的］ 本発明の目的は、上述従来例の問題点に鑑み、高価かつ
高精度な機械案内を必要とせずに高精度な直進運動を実
現する手段を提供するとともに、長ストロークの高精度
直進運動を実現する手段を提供することにある。
高精度な機械案内を必要とせずに高精度な直進運動を実
現する手段を提供するとともに、長ストロークの高精度
直進運動を実現する手段を提供することにある。
［発明の概略］ 本発明は、最も好適な実施例によれば、高精度な直進運
動が必要なステージ装置において用いられる。この場
合、例えば可動ステージ上に光源であるレーザ発振器を
設け光学系によってステージ進行方向および逆進行方向
にレーザ光を分割、発射し、外部に備えた光点位置検出
装置にてレーザ光の位置の変動を捉える。さらに可動ス
テージに姿勢制御用アクチュエータを備え、上記光点位
置検出装置の出力をフィードバックさせて姿勢を一定に
保つ。
動が必要なステージ装置において用いられる。この場
合、例えば可動ステージ上に光源であるレーザ発振器を
設け光学系によってステージ進行方向および逆進行方向
にレーザ光を分割、発射し、外部に備えた光点位置検出
装置にてレーザ光の位置の変動を捉える。さらに可動ス
テージに姿勢制御用アクチュエータを備え、上記光点位
置検出装置の出力をフィードバックさせて姿勢を一定に
保つ。
また、進行方向と直角な方向に一定距離をおいて上述の
レーザ光をもう１本平行に走らせ、進行方向を軸とする
回転（ローリング運動）をも検出可能とする。
レーザ光をもう１本平行に走らせ、進行方向を軸とする
回転（ローリング運動）をも検出可能とする。
［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る光線案内型リニアス
テージ装置の構成を示す。また、第２〜４図は、本発明
の原理説明図である。第１図において、１は光源である
ところのレーザ発振器、２はレーザ光線を２分するハー
フミラー、３はレーザ光線を折曲げるビームベンダー、
４はハーフミラー、５は１／４λ板、６は平面ミラー、
７はビームベンダー、８ａ〜８ｃは２次元の光点位置検
出素子（ＰＳＤ）、９はステージ本体、10a，10bは仮ガ
イド、11はステージ本体９を駆動するリニアモータ、12
はステージ本体の姿勢を制御するアクチュエータ例えば
ピエゾ素子である。
テージ装置の構成を示す。また、第２〜４図は、本発明
の原理説明図である。第１図において、１は光源である
ところのレーザ発振器、２はレーザ光線を２分するハー
フミラー、３はレーザ光線を折曲げるビームベンダー、
４はハーフミラー、５は１／４λ板、６は平面ミラー、
７はビームベンダー、８ａ〜８ｃは２次元の光点位置検
出素子（ＰＳＤ）、９はステージ本体、10a，10bは仮ガ
イド、11はステージ本体９を駆動するリニアモータ、12
はステージ本体の姿勢を制御するアクチュエータ例えば
ピエゾ素子である。
上記構成において、レーザ発振器１により発振されたレ
ーザ光線は、ハーフミラー２によって２方向に分けら
れ、一方はそのまま直進し、他方は90°折曲げられてビ
ームベンダー７を経て位置検出素子８ｃに入射する。直
進した光線はビームベンダー３で90°折曲げられハーフ
ミラー４でさらに２方向に分割される。一方はそのまま
直進し、他方は再び90°折曲げられて位置検出素子8aに
入射する。直進した光線は１／４λ板５、平面ミラー
６、再び１／４λ板５と戻り、ハーフミラー４で折曲げ
られ位置検出素子8bに入射する。そして、駆動用リニア
モータ11によってステージ本体９が駆動されるとき、ス
テージ本体が理想的な運動状態からはずれて姿勢に変動
をきたすと位置検出素子８ａ〜８ｃ上に入射しているレ
ーザ光点の位置変化として表れる。
ーザ光線は、ハーフミラー２によって２方向に分けら
れ、一方はそのまま直進し、他方は90°折曲げられてビ
ームベンダー７を経て位置検出素子８ｃに入射する。直
進した光線はビームベンダー３で90°折曲げられハーフ
ミラー４でさらに２方向に分割される。一方はそのまま
直進し、他方は再び90°折曲げられて位置検出素子8aに
入射する。直進した光線は１／４λ板５、平面ミラー
６、再び１／４λ板５と戻り、ハーフミラー４で折曲げ
られ位置検出素子8bに入射する。そして、駆動用リニア
モータ11によってステージ本体９が駆動されるとき、ス
テージ本体が理想的な運動状態からはずれて姿勢に変動
をきたすと位置検出素子８ａ〜８ｃ上に入射しているレ
ーザ光点の位置変化として表れる。
第２図は、姿勢変化（ピッチング）による光点の位置変
化の様子を説明する図である。同図において、ステージ
本体９上の光源１から発振されたレーザ光線は光学系に
よって左右に直進する２本のビームとなって光点位置検
出素子８ａ，８ｂに入射している。第２図（Ａ）の姿勢
を理想的なものとして、この時の８ａ，８ｂ上のレーザ
光点位置を原点とする。次に同図（Ｂ）のようにステー
ジ本体９の姿勢に変動が生じると、レーザ光線はステー
ジ本体９と共に傾くため、光点位置検出素子８ａ，８ｂ
上の光点はそれぞれｘ１，−ｘ２変化する。このときス
テージ９の傾き角をθとすれば、８ａ，８ｂの間隔を
１として tanθ＝（ｘ１＋ｘ２）／１…（１） と表される。この関係式（１）は同図（Ｃ）のごとく、
ステージ位置が変化しても成り立つため、ステージ位置
によってエラー検出精度は変化しない利点がある。この
関係はヨーイングについても全く同様である。
化の様子を説明する図である。同図において、ステージ
本体９上の光源１から発振されたレーザ光線は光学系に
よって左右に直進する２本のビームとなって光点位置検
出素子８ａ，８ｂに入射している。第２図（Ａ）の姿勢
を理想的なものとして、この時の８ａ，８ｂ上のレーザ
光点位置を原点とする。次に同図（Ｂ）のようにステー
ジ本体９の姿勢に変動が生じると、レーザ光線はステー
ジ本体９と共に傾くため、光点位置検出素子８ａ，８ｂ
上の光点はそれぞれｘ１，−ｘ２変化する。このときス
テージ９の傾き角をθとすれば、８ａ，８ｂの間隔を
１として tanθ＝（ｘ１＋ｘ２）／１…（１） と表される。この関係式（１）は同図（Ｃ）のごとく、
ステージ位置が変化しても成り立つため、ステージ位置
によってエラー検出精度は変化しない利点がある。この
関係はヨーイングについても全く同様である。
ローリングについてはやや異なり、第１図の光点位置検
出素子８ａと８ｃの出力を用いてやはり（１）式の関係
で現わすことができる。但し、間隔１の代りに光点位
置検出素子８ａ，８ｃに入射する２本の平行光線の間隔
２を用いる。
出素子８ａと８ｃの出力を用いてやはり（１）式の関係
で現わすことができる。但し、間隔１の代りに光点位
置検出素子８ａ，８ｃに入射する２本の平行光線の間隔
２を用いる。
第３図は、ステージ９の進行方向の位置が何らかの手段
（例えばレーザ測長器）で測定可能な場合の説明図であ
る。同図において、ステージの左側の光点位置検出素子
８ｂ面からの距離をａとすれば、ステージ９の上下方向
の並進量ｚは、 ｚ＝ｘ２−ａ・tanθ…(2) で表現できる。これはヨーシング方向についても同様で
ある。従ってステージ位置が測定可能な場合は６自由度
全ての動きが測定可能となる。
（例えばレーザ測長器）で測定可能な場合の説明図であ
る。同図において、ステージの左側の光点位置検出素子
８ｂ面からの距離をａとすれば、ステージ９の上下方向
の並進量ｚは、 ｚ＝ｘ２−ａ・tanθ…(2) で表現できる。これはヨーシング方向についても同様で
ある。従ってステージ位置が測定可能な場合は６自由度
全ての動きが測定可能となる。
第４図は、制御系を含んだ本発明システムの説明図であ
る。同図において、13は光点位置検出部、14は演算司令
部、そして15はアクチュエータドライバである。光点位
置検出素子８によってステージ９より射出されたレーザ
光の光点位置を検出し、その値から理想的なステージ姿
勢となるように指令を出し、ドライバ15を介してステー
ジ本体９に内蔵したアクチュエータ12を駆動し、姿勢制
御する。
る。同図において、13は光点位置検出部、14は演算司令
部、そして15はアクチュエータドライバである。光点位
置検出素子８によってステージ９より射出されたレーザ
光の光点位置を検出し、その値から理想的なステージ姿
勢となるように指令を出し、ドライバ15を介してステー
ジ本体９に内蔵したアクチュエータ12を駆動し、姿勢制
御する。
この光線案内型リニアステージ装置は、可動テーブル上
に光源であるレーザ発振器を搭載しステージ進行方向と
進行逆方向にレーザを発射し、そのレーザ光点位置を検
出するようにしたため以下の長所を有する。
に光源であるレーザ発振器を搭載しステージ進行方向と
進行逆方向にレーザを発射し、そのレーザ光点位置を検
出するようにしたため以下の長所を有する。
（１）ステージの姿勢変化をステージがどの位置にあっ
ても同じ精度で測定が可能である。
ても同じ精度で測定が可能である。
（２）ピッチングとヨーイングについては光点位置検出
素子の間隔１が大きくとれるため大きな拡大率で測定
が可能である。
素子の間隔１が大きくとれるため大きな拡大率で測定
が可能である。
（３）ステージ進行方向の位置が何らかの手段（例えば
レーザ測長器等）で既知である場合には演算処理により
進行方向と直角方向の並進行運動量も知ることができ、
６自由度の動き全てが測定可能となる。
レーザ測長器等）で既知である場合には演算処理により
進行方向と直角方向の並進行運動量も知ることができ、
６自由度の動き全てが測定可能となる。
（４）検出したステージの姿勢変動を戻すようにステー
ジ内蔵のアクチュエータをフィードバック制御すること
により、ガイドの精度に無関係なステージシステムが構
成でき、ガイドの製作コストが下がる。
ジ内蔵のアクチュエータをフィードバック制御すること
により、ガイドの精度に無関係なステージシステムが構
成でき、ガイドの製作コストが下がる。
（５）機械的なガイドでは不可能な長ストロークのリニ
アステージに対しても本発明を応用することにより他精
度なものが製作可能となる。
アステージに対しても本発明を応用することにより他精
度なものが製作可能となる。
［発明の効果］ 以上説明図したように、本発明によれば、直進可動物体
の姿勢を他精度に検知することができる。また、本発明
になる姿勢検出装置を用いれば、高価かつ高精度な機械
案内を必要とせずに高精度な直進運動を実現するリニア
ステージ装置を提供することができ、さらに長ストロー
クの高精度直進運動を実現できる。
の姿勢を他精度に検知することができる。また、本発明
になる姿勢検出装置を用いれば、高価かつ高精度な機械
案内を必要とせずに高精度な直進運動を実現するリニア
ステージ装置を提供することができ、さらに長ストロー
クの高精度直進運動を実現できる。
第１図は、本発明の一実施例に係る光線案内型リニアス
テージ装置の斜視図、 第２図は、第１図の装置におけるピッチング量測定原理
説明図、 第３図は、第１図の装置においてステージ位置が測定可
能な場合の上下方向並進量測定原理説明図、 第４図は、本発明の姿勢検出装置を適用した光線案内型
リニアステージ装置の構成である。 １：レーザ発振器、２，４：ハーフミラー、 ３，７：ビームベンダー、５：１／４λ板、 ６：平面ミラー、８：光点位置検出装置、 ９：ステージ本体、10：仮ガイド、 11：リニアモータ、12：アクチュエータ（ピエゾ素
子）、13：光点位置検出部、14：演算司令部、 15：アクチュエータドライバ部。
テージ装置の斜視図、 第２図は、第１図の装置におけるピッチング量測定原理
説明図、 第３図は、第１図の装置においてステージ位置が測定可
能な場合の上下方向並進量測定原理説明図、 第４図は、本発明の姿勢検出装置を適用した光線案内型
リニアステージ装置の構成である。 １：レーザ発振器、２，４：ハーフミラー、 ３，７：ビームベンダー、５：１／４λ板、 ６：平面ミラー、８：光点位置検出装置、 ９：ステージ本体、10：仮ガイド、 11：リニアモータ、12：アクチュエータ（ピエゾ素
子）、13：光点位置検出部、14：演算司令部、 15：アクチュエータドライバ部。
Claims (3)
- 【請求項１】基盤に対して直線的に移動可能な物体の姿
勢を検出する装置であって、 上記可動物体に搭載され該可動物体の進行方向および逆
方向に向けて光を出射する光学系と、 上記基盤上に固設され上記光学系からの出射光をそれぞ
れ受光しその受光位置を検出する少なくとも２つの光点
位置検出手段と、 上記各光点位置検出手段からの光点位置検出信号に基づ
いて上記可動物体の基準姿勢からの変位を検知する姿勢
検知手段と を有することを特徴とする姿勢検出装置。 - 【請求項２】前記可動物体が、可動ステージと、前記姿
勢検知手段の出力に基づき上記可動ステージの姿勢を負
帰還的に変位させる姿勢制御手段とを有する光線案内型
リニアステージ装置である特許請求の範囲第１項に記載
の姿勢検出装置。 - 【請求項３】前記光学系が前記可動ステージの進行方向
あるいは逆方向のいずれか一方向に前記出射光と一定距
離だけ離れた平行光を出射するものであり、前記姿勢制
御手段が、該出射光の受光位置を検出する光点位置検出
手段および前記少なくとも２つの光点位置検出手段の出
力に基づいて行方向を軸とする回転運動に対しても姿勢
制御するものである特許請求の範囲第２項に記載の姿勢
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279330A JPH0640284B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 姿勢検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279330A JPH0640284B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 姿勢検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62139013A JPS62139013A (ja) | 1987-06-22 |
| JPH0640284B2 true JPH0640284B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=17609672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60279330A Expired - Lifetime JPH0640284B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 姿勢検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640284B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2902225B2 (ja) * | 1992-09-30 | 1999-06-07 | キヤノン株式会社 | 位置決め装置 |
-
1985
- 1985-12-13 JP JP60279330A patent/JPH0640284B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62139013A (ja) | 1987-06-22 |
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