JPS58208604A - 高精度位置決め装置 - 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】 本発明は、工具の被加工品に対する位置付は及び移動を
制御するのに中いる形式ノ）筒哨度位置決め及び曲］定
装置に係るっ特に１本発明は、作業テーブル上のフィル
ムに対して光ヘットを位置決め−Ａ−ろのンこ用いるレ
ーザ干＃　ＷＴ装置に１糸るっ不発明と同じ腰受入の米
１知特許第３．８８４．５’８０号には、光プロッタ諷
又は仲の自動位置決め装置のための高精度位置決め制御
におし・て、位置の７４−ドバンク乞行うために用いる
干渉計装置が開示されている。レーザ干渉計は高精度で
あるので位置制御に理惣的に適している。しかしながら
。

レーザ装置に用いる光学部品は烏価であるので。

一般的にはこのようなレーザ干渉計を用も・るのは。

１万分の１インチなし・しそれ以下の精度が必要な装置
に限定される。微・ト回路用のマスクを製作するのに欧
用する光プロッタはこのような精度を必要とする装置の
１例であろっ 少な（とも２次元の寸法な有するフィルム又は他の被加
工品上で匍１作−するプロッタないしその他の装ぢにお
いては、光ヘッドないし他の工具を被加工品に対して２
一つの座標軸にそって精密に位置決めしなけＪしはなら
ない、二軸位置決め装置を有する先行技術の装置に、お
いては、各干渉計の測定軸が常に反射面と交叉するよう
にするために、２つの干渉計と２つの細長（・反射鏡と
乞必要とするう各座標方１句にある反射鏡の長さは、少
なくとも各座標にそっての最大作業行程と同じ長さでと
る必要があり、望ましく　；４　＋：、ｈ堤上である必
要かあり、長い行程においては非ｎＫ商価であつ七市＜
かつ拮巧な反射鏡を必要とする。

したがって、本発明の目的は、一般的により小さい変位
が行われる一方の軸について（は単一の＠１長い反射鏡
のみを、甲い、もう一方の帷については小さい反対鐙を
使用し、かつ他の干渉計測定位置で得られる精度を実質
的に似下させない、二軸干渉計測定装置を提供すること
である、 本発明は、２′つの座標方向に光プロッタのような工具
をフィルムや他の被加工品すこ対して動かすための普精
度位置決め装置に関する。この装置は固定支持体ないし
枠を有゛−１この上で作業チーフルが第１座標方向で枠
に対して前後に動くように取付けられて（・るっこのテ
ーブルは第１座１票方回及びこの第１．坐標方向と直角
な第２座標方向に平行に広がっている作業面を有する。

また、固定支持体及びテーブルの支持面に対して第２座
標方向で前後に丸くように工具キャリッジが枠上に取付
けＬ−）れてし・る３丁具キャリ、ノジは。

テーブルの作業向上に支持されているフィルムないし他
の被加工品に対して作用関係にある光ヘッドないし他の
工具のためのマウントを有するっそれぞれ作業テーブル
及び工具キャリッジに連結している駆動モータは、作業
操作の間、テーブルと光ヘッドを相互に動かすわそして
この運動は、典型的にはプログラムテープ平その他のプ
ロットデータ源によって自動制御されろう 工具キャリッジ上に第１干渉計が取付けられていて、第
１座標方句に延びているこの干渉計の敏感な測定軸に対
して位置決めされているっ細長い形の第１反射鏡が作業
テーブル上に取付けられていて、この干渉計の測定軸に
交叉する反射面を有するっこの反射面は、テーブル位置
を測定するために、銅２座標方向の工具キャリッジと第
１干渉計の動きにふされしい長さだけ框２座標方向に延
びて（・るっ 第２干渉計と第２反射鏡が枠と工具キャリッジ上に取付
けられており、この干渉計の測定軸は。

キャリッジの位置を測定するために、第２座標方向に延
びて見・てこの反射鏡と交叉するようになっている。

このようにして、第１座標方向において、工具キャリッ
ジと作業テーブルとのＷコの運動は、第１干渉社Ｊ：（
び細長い反射鏡によつ〔直接測定される。

この反射箋の長い反射面によって、第２座標方向におけ
る工具キャリッジの位置にかかわらず５第１干渉計から
の正確な読取りが確保される。キャリッジとテーブルの
間の第２座標方向における相対位置決めは、第２干渉計
及び第２反射鏡の助けによって行われる。工具キャリッ
ジは第２座標方向へ動き、かつ笑２干渉計のか１ｊ定軸
は第２翔孫方向へ延びているので、この制御軸について
細長い反射鏡ないしその他の反射鏡の必要はないっその
結果、１枚の細長（・反射鏡と１枚の−ｊ−さい反射鏡
のみしかこの干渉計測定装置に（は必要としない。

第１図は全体として１０で表わした光ブロックを示して
おり、これは±［３，０００２インチの精度シフ〕琢茹
ン、Ｌ−弓も二ノ１ルム板Ｆ＜１光するのに用、・られ
る。フィルムは６２インチ×４０インチ（８０ＣｒｎＸ
１ＱＯｃｍ）の大きさをしており、このようなフィルム
は典型的には印刷回路ないし印刷微小回路俯の設計ＩＣ
用いられるものであろうフィルム？（描かれる文字−と
線の間隔と精度とは５最終製品特に高密度微小回路の性
能にとって最も決定的なものであ、る。しかしながらこ
の又：！椙＝光プロッタに対−ｒる応用に限定されず、
少な（とも２座標方向について相互に可動な他の工具や
被加工品について利用することがでとる。

二の光ブロックは１足１４を持った固定支持枠１２１支
持プラン！・フォー−１６，及びそれらの上にあるブリ
ッジ１８を含んで℃・る。このブリッジはプラットフォ
ームに固く連結していて、プラットフォームの中間でそ
れから一定の高さでかけ痕されている。

作業テーブル２０は作業面を有し、その上に、真空、又
は例えば邑願人の共願である米国特許出願第３７５，９
８２号であって１９・仁・２年５月７日こ出願をし、名
称が１真空領域制御弁１（対応日本特許出ν貝は本願と
同日付けで出願されたつ　）であるもの！Ｌ規定された
手段によって、フ・置−ム板Ｆを支持する。このテーブ
ルは、一対の断面円形ガイド２２・２４によって図示の
Ｘ座標方向に可動にプラットフォーム１６に取付けられ
ているっこの２つのガイドはプラントフオーム１６に固
く固着されている。、第２図に示すように、ガイド２４
上を運動する軸受２６はテーブル２０に固く取付けら７
して℃・る、しかし、ガイド２２上を運動する軸受２８
は台板ろ０に対して滑動可能に接触しており、複数のバ
ネリンク３２と隔壁６４とを介してデープルに横方向に
整列している。この合板とバネリンクとは、２つのガイ
ド２２・２４の間のいかなる整列誤差、それにこれらガ
イド、　固定枠１２及び作業テーブル２０の間の関連す
る連結にも２軸受２８を適応させることができる。より
重要なことは、ガイド２４は作業チーフルのＸ座標方向
への整列及び運動を規定する主ガイドになる。２つのガ
イドの間の誤差についてのあいまいサバ、このようにし
てガイド２４が主となることによって解決される。

テーブル２０のＸ座標方向への運動は、第１図及び第ろ
図に示すようにバランスのとれた駆動力を出すために、
Ｘ駆動モータ４ｏ云凸凸ｔ＝章によって回転駆動される
単一のポールリードネジ４２、及びテーブルの中央部分
に取付けられたポールナツト４４によって５行われる３
周知の型のポールナツトは一連の再回転ボールを有し、
これらポールはリードネジ４２のら旋溝に対して加圧装
着され、位置合わせ機構のバンクラッシを排除するっ 駆動モータ４０は命令信号ケーブル５２を通してプロッ
ト制御装置５０へ接続されている、制御装置５０はプロ
グラムテープ５４からプロット命令を徒取り、その命令
を駆動モータ４０へ伝え、作業テープＰし２０とその上
のフィルムＦをプロット作業中ｌＬＸ座標軸にそって種
々の位置へ位置付けるっ 光学的ヘッド５６は工具キャリッジ５８によってフィル
ム板Ｆ上に支持され、かつ動くようになっている。この
光ヘッドはフィルム板Ｆの感光面及びＸ、Ｙ座標軸に一
般的に垂直に延びている光軸５７を有し、この軸にそっ
て光ビームを投射することによ−ってフィルム面を１光
するうフィルム板と光ヘッドが相互に動く間に熟光が行
われるため、連続する線が環元される。又（は、光ビー
ムの中に挿入された開口板が特別な＠郭の形状をフィル
ム上にフラッジ鼻先する間、フィルムとヘッドは静止保
持される。光ヘツド装置自身のより完全な説明について
は、米国特許第ｊ、ｓ　４８，５２０号参照っ 工具キーヤリッジ５８は、第１図のブリッジ１８の上に
それにそって図示のＸ座標方向へ運動するように取付け
られているっ工具キャリッジの運動は、Ｘ駆動モータ６
０．このモータに連結している学−キールリードネジ６
２、及び工具キャリツジ５８に取付けられたポールナツ
ト６４によって行われる。プログラムテープ５４から同
様に欣取られた命令信号が、制御装置５０によってＹ態
動モータ６０へ与えられ、フィルム板Ｆに対してブリッ
ジ１８にそって横断的に光ヘッドを位置付ける。Ｘ駆動
モータ４０．Ｘ駆動モータ６０によるフィルム及び光ヘ
ッドの複合運動により、光ヘッドはフィルムＦの感光面
のいずれの領域でも緑光可能であると言うことは理解で
きよう。

本発明（てよつ゛〔、光ヘッド５６と作業テーブノＶ２
０の運動は、フイノノム板Ｆ上にプロットを精密に熱光
するために、レーザ干渉計装置によって測定される。こ
の干渉計装置はＸ及びＹ座標の両方向の運鷹を測定する
ための二軸システムのものであり、第２図に平面図とし
て一般的に示しである。

この装置には第１図の固定枠１２に取付けられていてレ
ーザビームを発生させるための−・リウムーネオン・レ
ーザ７９吃；含まれており、このレーザビームは両方の
座標軸にそった測定に用いられる。

この装置にはまたＸ軸にそう運動を測定するためのＸ細
光検出器７２と、Ｙ軸にそう運動を山Ｉ］定するための
Ｙ軸先検出器７４とつ１含まれている５発生されたレー
ザビームは第１図のブリッジ１８に取付けられたビーム
スプリツｊ１７６へ送られ、このビームスプリッタはビ
ームの一方を工具キャリッジ５８に取付けられたＸ軸干
渉計７８へ、ビームの他方を同様にブリッジ１８に取付
けられたＹ軸干渉計８０へそれぞれ向ける。Ｘ軸干渉計
７８は平面鏡干渉計であって、第２１肉でこの干渉針と
作業テーブル２０の一端にそって延びている細長い第１
面反射鏡８４との間に延びる測定軸８２を有している。

この反射鏡の反射面は測定軸８２に垂直であってＹ座標
方向に延びており、ホールリＦ’　２’＋、シロ２にそ
う工具キャリッジ５Ｂのどの位置１においてもこの測定
＠はこの反射面と交叉するようしでなっている。また、
測定軸８２は、米国特許第３，８８４，５８０号に記載
さｔしているようにアツベ誤差を最小にするために、光
ヘンド５６の光軸５７と交叉することか望ましい。アツ
ベ誤差は高精共位置決め装置においては重要な考慮事項
であり、測定軸と実際の対″象面との間の非平行性によ
つ゛Ｃ発生するものであり、測定軸と対象面との間の間
隔に比例する。

「測定軸」と言う用語は、干渉計と反射鏡の間の相対運
動を測定する目的で干渉計がこの離れた反射鏡へ出射す
るコヒーレント光の単一ビームないし複数のビームにそ
う軸のことをさすっこの軸は実際には２本以上の平行光
ビームの中間線であり、これらビームは干渉計と反射鏡
の間の、壱において偏向され、測定軸を２以上の点にお
（・て異なる方１１℃に延びて曲がるように才る。［交
叉１と言う用語は、直線又はその延長が特定の点、直線
又は平面を通過する幾何学的条件をさすものである。

Ｙ軸干渉計８０は直線干渉計であり、この干渉計と工具
キャリッジ５８に取付けられた再帰反射鏡８８との間に
延びる測定軸８６を有する。工具キャリッジは軸８６に
平行なＹ座標方向に動くので、再帰￥射鏡８色は長い形
状のものでｉ；ｃ　＜、工具キャリッジと作業テーブル
２０のどの位置ににいても伺ら長い形状を必要とせずに
軸８６と交叉する関係を維持する。また、測定軸８６は
、上記したアツベ誤差を最小にするために、光軸５７と
交叉することが望まし７い。

テーブルのｘ座標方向−の運動を案内するガイド２４の
曲り、及び光−＼ラドのＹ座標方向への運動を案内する
ブリッジ１Ｂの曲りによって発生する位置決め誤差を調
べることによって、このレーザ干渉計装置は主なる誤差
をほとんど検出して修正すると言うことが示されるっ断
面円形ガイド２４がＸ干渉計７８の測定軸８２に正確に
と平行でな、・竪命、）乙・−↓このガイトドて曲りが
ある場合、第１面反射鏡８４はＸ釉にそって発生するア
ツベ誤差を検出し、それによってテーブルの位置決めを
修正するっ工具キャリッジ５８が断面円形ガイド２４か
ら離れていればいるほど、誤差はより太きいが。

それでもその誤差は検出される。また、断面円形ガイド
２４の軸外れ又は曲りはＹ座標方向の誤差も発生させる
が、このような誤差は小さく、アツベ誤差の場合のよう
に断面円形ガイドからの距離比例はしない。

Ｙ座標方向に・ついて、；測定軸８６に対する直線性及
び平行性は、非常に高精度かつ平面にみがかれた反射鏡
８４の第１面の直線性によって決まる。

したがって、工具キャリッジが可動に取付けられたブリ
ッジ１ＢはＹ方向のアツベ誤差の主な発生場所であろう
しかしながら、工具キャリッジ５８がどの位置にあって
も測定軸８６は光軸５８を通つて延びており、またビー
ムの曲がりによって発生する片寄り及びそれに対応する
アツベ誤差が最小であるので、上に述べたような誤差は
最小にすることができるっ また、第２図及し、・てＱ−ｒ、４５．、．３から、レ
ーザ７０．！Ａび干渉計７８．８０を適当に位竜付げて
、測定軸８２．８６を可能な限りフィルム面又はフィル
ムテーブル２０の支持面しで近づけて位置させることに
より、アツベ誤差を最小にすることができる口とが明ら
かＩｃなろうっ 干渉計装置の詳細な動作は第４図と結びつげて説明する
。ヘリウム−ネオン・レーザ７０は２つの多少異なった
光周波数からなるコヒーし・ント光ビームを発するっそ
のうち１方Ｏ（、の：ニミ、む当２”Ｉ扁范において、
レーザと干渉計の間のビーム光路の変動に適応させるた
めの参照ビームとして用いられ、もう一方のものは対応
する偏光において測定ビームとして用いられる。２周波
数ビームはレーザ７Ｃ７，・ワで′・−７−スゲリッタ
７６へ送ら第１．：こで分割さＡ’−４一方は軸９．Ｔ
、にそって平面妙干渉計７８へ向けられ５他方は軸９２
にそって「σ線干渉計８０へ向けられるっ干渉計７８に
おいて、参照周波数はキューブコーナ９４によつこまつ
−ｔくパ後へ軸９６にそってビームスプリッタへ反射す
れ。

ビームスプリッタから軸１コＯにそってｘ軸検出型７２
へ反射されるっ測定周波数は軸９０から偏向され、測定
軸８２ａにそって反射鏡８４に達し。

後へ反射されてキューブコーナ９８に達し、そこで再び
反射されて平面鏡偏光変換器（図示なし）を通して軸８
２　ｂ　＋Ｃそって反射鏡８４に達する。

反射晩８４からの第２回目の反射は１反射鏡８４及びテ
ーブル２０のＸ座標方向の運動によって２回のドツプラ
ーシフトを受けており、ビームスプリッタ７６によりｔ
ｓ９６，１ｏｏにそってＸ軸検出型７２へ戻る。光検出
器７２はこの運動によって発ｄ・、するノ・ｉノジパタ
ーーを感知し５、検出器内のカウンタ及び他の回路によ
−）てフリンジ計数から測定運動を計算し、第１図の制
御装置５０へ相当するフィードバック信号を送るう Ｙ座標方向の画定は、ただ１同の反射とｌ゛ツプラーシ
フト起ると言うノ、５付除、・で、同じ様（（行わ才す
るっレーザ７０からの参照周波数は、キューブコーナ１
０４によって直接後へ反射されてＹ　＃：光検出器７４
へ戻るっ測定周波数は迎」走転８６ａにそって再帰反身
」鏡８８へ達し、軸８６　ｂ　ｉ・τそって干渉計へ戻
ろう光ヘッド５６の運動によってドツプラーシフトを受
けた周波数３１次に軸１０’６にそって検出器へ反射さ
れ、そこでフリンジの計数を検出する）測定運動を計算
して第１図の制御装置５０へ信号としてフィードバンク
するうまとめろと５２つの座標軸にそう光ヘッド及びフ
ィルムの運動を検出するためのレーザ干渉計測定装脱を
そなえた光フロツタ１０を説明した。この干渉計装置は
、一方の座標軸上の単一の細長い反射鏡と、他方の座標
軸上の関連する干渉計と整列し続ける再帰反射鏡とを含
んでいるっ干渉計と反荊偉、つ配置は、アツベ誤差仝・
最小にし、装置全体の精度を上げ、テーブル又１はヘッ
ド上の第２の長い反射鏡の重量と費用とを排除するもの
である。

各座標方向の運動は単一のポールナツト及びり−ドネジ
によつ〔行われろ。

本発明を望ましい実施例ＳＣついて説明したが。

本発明の精神から外れることなく種々の変形及び置換が
可能であることが理解されようつ例えば。

ビームスプリッタ７６は干渉計８０にそって工具キャリ
ッジ上に取付けることができ、また再帰反射鏡８８はそ
の場合固定枠１２上に取付けることができろう　しかし
ながら、光ヘッドと共に動く部品の数を最少にすること
ｉ−ｉ望ましいことであり、上記の部品の配置りよこの
目的に合致するものであるっまた。平面鏡８４を工具キ
ャリッジ上に位置させ、干渉計７Ｂをフィルムテーブル
上でレーザ７２つ・ら発せらｎるビームに常に整列する
ように位置させることも可能でホ）る。しかしながら、
キャリッジよりテーブルの方が細長い物を支持するのに
適しているので、反射１８４ｆｄテーブルの端部パこそ
つこ取付けら１−でいく）、シたがって１本発明Ｖま望
ましい実施例について限定のためではなく実例として説
明してきたつ

【図面の簡単な説明】

第１図（１本発明を用いた光ブロックどつ斜視１閉で゛
あり。 桓２図は筆１図の光プロッタを匝１洛、：：’］　ンこ
砒している平面図であり、レーザ干渉計の主測定軸を示
しており。 第６図は第１図の光プロッタを機略的に示している側面
図であり。 第４図は第１図のｉｆブコー７夕のレーザ干渉計測定装
置の詳細を示す図面であ疋・、 １２・・・固定支持枠　　　２０・・・作業テーブル４
０・・・Ｘ駆動モータ　　５０・・・制御装置５６・・
・光ヘッド　　　　５８−・・工具キャリッジ６０・・
・Ｘ駆動モータ　　７Ｂ−・・Ｘｌｌ１ｌｈ干渉計８０
・−・Ｙ軸干渉計　　　８４・・・第１面反射鏡８８・
−・再帰反射鏡 特許出、顆人　　ザ嗜ガーハー官すイエンテ・イフ・ｆ
ンク時インスツルノントーカンパニー 代理人　弁哩士　湯　浅　恭　三 （外３名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）２つの座標方向に工具と被加工品とを相互に運動
   させるための高精度位置決め装置であって；固定支持体
   （１２）　； 固定支持体に対して第１座標方向（Ｘ）で前後に動くよ
   うにこの支持体上に取付けられており、第１座標方向及
   びこの第１座標方向と直角な第２座標方向（Ｙ）（て平
   行Ｉで広がっていてその上に被加工品（Ｆ）を支持する
   作業面を有する可動作業テーブル（２０）　； 固定支持体（１２）及び作業テーブルに対して第２座標
   方向（Ｙ）で前後に動くようにこの支持体上に取付けら
   れており、このテーブルの作業面上に支持されている仮
   加工品に対して作用関係１（ある工具を支持するための
   マウントを与える工具キャリッジ（５８）； 可動作業テーブルを第１座標方向で前後に動かすために
   固定支持体と可動作業テーブルとの間を連結している第
   １駆動モータ（４０）　；可動工具キャリッジとその上
   の工具とを第２座標方向で前後に動かすために固定支持
   体と可動工具キャリッジとの間を連結している第２．駆
   動モータ（６０）　； を有するものにおいて： 可動工具キャリッジ上に取付けられていて第１座標方向
   （Ｘ）に延びている敏感な測定軸（８２）に対して位置
   決めされている第１干渉計（７８）　；第１座標方向に
   だける作業テーブルの位置を測定するためにこの作業テ
   ーブル上に取付けられていて、第１干渉計の測定軸に交
   叉する反射面であって第２座標方向の工具キャリッジと
   第１干渉計の動きにふされしい長さだけ第２座標方向（
   （延びている反射面を有てる御１反射鏡（８４）；第２
   干渉計（８０）及び第２反射鏡（８８）であって第２座
   標方向における工具キャリッジ（５Ｂ）の位置を測定す
   るため、４Ｌこれらの一方なこの工具キヤ・；ツジ（５
   ８）上に取付けられており、他方（：Ｉ固定支持体（１
   ２）七に取付けられてトリ、これら両者は飢２墜標方向
   に延びて（・て第２反射鏡の反射面に交叉している第２
   干渉計の敏感な測定＠（８６）ＩＣ対して位置決めされ
   ているような第２干渉針（８０）及び第２反射鏡（３１
   ’３）　；及び第１干渉計、第２干渉計と第１駆動手段
   、第２駆動手段とに単結していて、これら干渉計から得
   られ仁６１１定に基づいてテーブルとキャリッジを正確
   シて位置決めするための制御装置（５０）　；を特徴と
   する工具と被加工品とを相互に運動さぜるための高精度
   位置決め装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、第１反射鏡（”
   ｉ４）は第１１Ａ４！−横方向（Ｘ）に垂宣な反射面を
   有する第１面反射ｉマであることを特徴とする工具と被
   加工品とを相互に運動させるた、めの高精度位置決め製
   条っ ：３＋　　’持許名求の範囲第１項におい一〇、第１反
   射台、（８４＞は作業テーブル（２０）の周辺に取付け
   られた反りＪ′締であることを特徴と才ろ工具と被カニ
   ］工品とを相互に連動さぐるためｆ）尚精団位１６．決
   め装ｆ４１　　特許請求の範：用第１項におし・て、可
   動作業テーブル（２０）は固定支持体（１２）上に２本
   の一般的に平行なガイド（２２，２４）によって取付け
   られており、第１座標方同（Ｘ）の退勤行路を確定し制
   御するためにこの２本のガイドの一方のガイド（２４）
   の入が固定支持体と作業テーブルとに対して固定的に整
   列されていることに特ｅ、とする工具と被加工品とを相
   互に連動させるための商哨字位置決め装置、 （５１特許請求の範囲諒４項において、２本のガイドの
   仙方のガイド（２２）は２本のガ・イドの間の誤差を吸
   収するために干−プルと固定支持体との間に弾性的に連
   結していることを特徴とする工具と被加工品とを相互に
   運動させるための高情１参立ｉ口決め装置っ （６）狩許請求の範囲第１項（・′こおいて、工具キャ
   リッジ（５８）は工具（５６）、Ｌ有し、この工具の工
   具！！ｌｌ１１は第１座標方向及び第２座標方向に対し
   て直角で））す： 第１干渉計（７８）及び第２干渉計（８０）の測定■（
   ８２，８６）Ｈ工具キャリッジ及びテーブルの四れの位
   置においても工具軸と交叉するように第１干渉計（７Ｂ
   ）及び第２干渉計（８０）を取付・げることを栽・救と
   する工具と被加工品とを相互に運動させるための高精度
   位置決め装置っ （７）　　特許請求の範囲第１項にお（・て、第１干渉
   計（７８）は平面鏡干渉計であることを特徴とする工具
   と被加工品とを相互に運動させるための高精度・１゛、
   １１置決め装置。