JP4716178B2 - XY stage - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するバーミラーを有し、スライダ部の移動に応じてレーザ干渉計とバーミラーが相対的に移動し、レーザ干渉計により位置が検出されるスライダ部をプラテン上で2次元方向に位置制御するXYステージに関するものである。 The present invention has a laser interferometer and a bar mirror that reflects the irradiation beam of the laser interferometer. The laser interferometer and the bar mirror move relative to each other according to the movement of the slider, and the position is detected by the laser interferometer. The present invention relates to an XY stage that controls the position of a slider portion in a two-dimensional direction on a platen.
プラテン上で2次元方向に位置制御されるスライダ部の位置を、固定配置されたレーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するスライダ部に搭載されたバーミラーを用いて検出するXYステージは、特許文献1に開示されている。 An XY stage that detects the position of a slider part whose position is controlled in a two-dimensional direction on a platen by using a fixedly arranged laser interferometer and a bar mirror mounted on a slider part that reflects an irradiation beam of the laser interferometer is Patent Document 1 discloses this.
図6は従来のXYステージにおける初期位置のイメージを示す平面図である。1は、プラテン(図示せず)上で2次元方向に位置制御される四辺形のスライダ部であり、隣り合う2辺のY軸方向及びX軸方向にバーミラー11及び12を備えている。スライダ部1は、初期位置では基準となるXY軸に対して時計方向に所定角度回転しているものとする。
FIG. 6 is a plan view showing an image of an initial position in a conventional XY stage. Reference numeral 1 denotes a quadrilateral slider portion whose position is controlled in a two-dimensional direction on a platen (not shown), and includes
21,22,23は固定配置されたレーザ干渉計である。レーザ干渉計21は、Y軸方向のバーミラー11に対してX軸方向にレーザビームBxを照射し、その反射ビームを入力してスライダ部1のX軸方向の位置(基準点からの距離)を測定する。
21, 22 and 23 are fixedly arranged laser interferometers. The
レーザ干渉計22,23は、X軸方向のバーミラー12に対して所定距離を隔ててY軸方向に一対のレーザビームBy1,By2を照射し、その反射ビームを入力してスライダ部1のY軸方向の位置(基準点からの距離)及びZ軸回転角を測定する。回転角の測定原理については特許文献2に詳細が開示されている。
The
レーザ干渉計によるスライダ部1の位置制御の開始に当たっては、ステッピングモータモードでスライダ部1をプラテンの原点位置に移動させ、回転を修正する必要がある。このため、初期位置での回転角情報を必要とする。 When starting the position control of the slider unit 1 by the laser interferometer, it is necessary to correct the rotation by moving the slider unit 1 to the origin position of the platen in the stepping motor mode. For this reason, rotation angle information at the initial position is required.
図7は、バーミラーからの反射により距離を測定するレーザ干渉計の測定原理を説明する機能ブロック図である。100は移動するスライダ部に設けられたバーミラー、200は固定配置されたレーザ干渉計である。バーミラー100とレーザ干渉計200の関係は相対的であり、移動と固定の配置関係がこの逆であってもよい。
FIG. 7 is a functional block diagram for explaining the measurement principle of the laser interferometer that measures the distance by reflection from the bar mirror.
レーザ干渉計200において、レーザ光源201からの出射ビームの光路には、ハーフミラー202, ミラー203,204、偏向ビームスプリッタ(以下、PBS)205,λ/4板206,コーナーキューブ207が所定の位置に配置されている。
In the
レーザ光源201から出射したビームは、ハーフミラー202,ミラー203,ミラー204,ハーフミラー202の経路で進み、図のa方向に進む光がある。この光を第1の光とする。
The beam emitted from the laser light source 201 travels along the path of the half mirror 202, the
又、レーザ光源201から出射したビームには、ハーフミラー202, PBS205,λ/4板206,第1パスB1(照射),バーミラー100,第1パスB1(反射),λ/4板206,PBS205,コーナーキューブ207,λ/4板206,第2パスB2(照射),バーミラー100,第2パスB2(反射),λ/4板206,PBS205,ハーフミラー202の経路で進み、図のa´方向に進む光がある。この光を第2の光とする。
The beam emitted from the laser light source 201 includes a half mirror 202, a
ミラー203はレーザ光源201の光軸と45°の角度をなして配置されている。これに対して、ミラー204はレーザ光源201の光軸と(45°+θa)の角度をなして配置されている。ミラー204の配置角度がθaだけずれていることにより、第1の光aの波面が第2の光a´の波面に対してθaだけずれる。これによって、第1の光と第2の光が干渉して干渉縞Sを作る。フォトダイオードアレイ(以下、PDA)208は干渉縞Sを検出する。
The
PDA208は、4個のフォトダイオード208A〜208Dからなる。4個のフォトダイオード208A〜208Dは、干渉縞Sの1ピッチ内に配置されており、各フォトダイオードはp/4(pは干渉縞のピッチ)ずつずらして配置されている。干渉縞のピッチpは、p=λ/θa(λはレーザ光の波長)である。
The PDA 208 is composed of four
減算器209は、(フォトダイオード208Aの検出信号)−(フォトダイオード208Cの検出信号)なる演算を行う。減算器210は、(フォトダイオード208Bの検出信号)−(フォトダイオード208Dの検出信号)なる演算を行う。
The
スライダ部の移動伴ってバーミラー100が移動すると、干渉縞Sが矢印d−d´方向に動く。干渉縞が動くと各フォトダイオード208A〜208Dに当る干渉縞の明暗部分が動き、フォトダイオード208A〜208Dの検出値が変化する。これをもとにバーミラー100の位置を計算する。位置計算の手法は、特許文献1に詳細が開示されている。
When the
図7の測定原理で明らかなように、バーミラー100とレーザ干渉計200の間を往復するレーザビームの第1パスB1及び第2パスB2は、照射光軸と反射光軸が所定の誤差範囲で一致している必要があり、これを超えて照射光軸と反射光軸がずれると、干渉縞を発生させることができなくなり、距離測定が不可能となる。
As is apparent from the measurement principle of FIG. 7, the first and second paths B1 and B2 of the laser beam reciprocating between the
図6に示したスライダ初期位置での回転が、前記第1パスB1,第2パスB2の往復光軸のずれの許容範囲を超えてずれていた場合には、レーザ干渉計22及び23による距離測定値の差に基づくZ軸回転角度の算出ができず、原点位置に移動して回転を修正するための回転角情報をレーザ干渉計自身で算出することができなくなる。
When the rotation at the slider initial position shown in FIG. 6 deviates beyond the allowable range of deviation of the reciprocating optical axis of the first path B1 and the second path B2, the distance by the
このため、従来技術では、X軸(又はY軸)方向に固定された固定部材30とスライダ部1の一辺との間に角度センサ40を配置してスライダ部1の初期位置回転角度を測定し、その角度測定情報により原点位置に移動した状態で回転修正を実行していた。
For this reason, in the prior art, the angle sensor 40 is disposed between the
従来技術では、初期位置回転角度を測定する角度センサを必要とし、ステージ周辺のスペースを占有する。又、センサの設定や読み取りを手動で実行するため、操作が煩雑であるという問題点がある。 The prior art requires an angle sensor for measuring the initial position rotation angle, and occupies the space around the stage. Further, since setting and reading of the sensor are executed manually, there is a problem that the operation is complicated.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、レーザ干渉計自身に初期位置回転の検出機能を持たせ、スライダ部の回転方向及び回転角度を自動的に検出することを可能とするXYステージを実現することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the laser interferometer itself has a function of detecting the initial position rotation, so that the rotation direction and rotation angle of the slider portion can be automatically detected. The purpose is to realize an XY stage.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)レーザ干渉計とこのレーザ干渉計の照射ビームを反射するバーミラーを有し、スライダ部の移動に応じて前記レーザ干渉計と前記バーミラーが相対的に移動し、前記レーザ干渉計により位置が検出される前記スライダ部をプラテン上で2次元方向に位置制御するXYステージにおいて、
前記バーミラーの反射ビームを検出し、検出した反射ビームから前記スライダ部の回転を検出する回転検出手段を備え、
前記回転検出手段は、
前記レーザ干渉計から照射され前記回転検出手段を通過して前記バーミラーに照射される照射ビームの光軸を挟んで対称な位置に設けられた一対の反射部材と、
この反射部材からの反射ビームを受光する一対の光学センサ手段と、
を備えることを特徴とするXYステージ。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) A laser interferometer and a bar mirror that reflects an irradiation beam of the laser interferometer are provided, and the laser interferometer and the bar mirror move relative to each other according to the movement of the slider portion. In the XY stage for controlling the position of the detected slider part in a two-dimensional direction on the platen,
A rotation detecting means for detecting the reflected beam of the bar mirror and detecting the rotation of the slider portion from the detected reflected beam ;
The rotation detecting means includes
A pair of reflecting members provided at symmetrical positions across the optical axis of the irradiation beam irradiated from the laser interferometer and passing through the rotation detecting means and irradiated on the bar mirror;
A pair of optical sensor means for receiving the reflected beam from the reflecting member;
An XY stage characterized by comprising:
(2)前記回転検出手段は、前記一対の光学センサ手段の差分出力値により前記スライダ部の回転方向及び回転角の少なくともいずれかを検出することを特徴とする(1)に記載のXYステージ。
( 2 ) The XY stage according to ( 1 ), wherein the rotation detection unit detects at least one of a rotation direction and a rotation angle of the slider portion based on a differential output value of the pair of optical sensor units.
(3)前記差分出力値がゼロとなるように前記スライダ部を回転操作する初期制御手段を備えることを特徴とする(2)に記載のXYステージ。
( 3 ) The XY stage according to ( 2 ), further comprising initial control means for rotating the slider unit so that the differential output value becomes zero.
(4)前記差分出力値は、回転角度の検出において所定の不感帯を有することを特徴とする(2)又は(3)に記載のXYステージ。
( 4 ) The XY stage according to ( 2 ) or ( 3 ), wherein the difference output value has a predetermined dead zone in detection of a rotation angle.
(5)前記光学センサ手段は、前記バーミラーからの反射ビームの受光角度に対応した出力を発生するフォトダイオード手段で構成されることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のXYステージ。
( 5 ) The optical sensor means is composed of photodiode means for generating an output corresponding to a light receiving angle of a reflected beam from the bar mirror. ( 1 ) to ( 4 ), XY stage.
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
初期位置回転を検出する角度センサを不要とし、レーザ干渉計自身でスライダ部の初期位置の回転方向及び回転角度を自動的に検出することが可能となり、ステージ周辺のスペース占有の問題、センサの設定や読み取りのための煩雑な操作の問題が解消される。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
An angle sensor that detects the initial position rotation is not required, and the laser interferometer itself can automatically detect the rotation direction and angle of the initial position of the slider. And troublesome troublesome operations for reading.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用した回転検出手段を備えたXYステージの一実施形態を示す要部の機能ブロック図である。図6、図7で説明した従来ステージと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram of a main part showing an embodiment of an XY stage provided with a rotation detecting means to which the present invention is applied. The same elements as those of the conventional stage described with reference to FIGS. Hereinafter, the characteristic part of the present invention will be described.
図1(A)は要部の平面図、図1(B)はその側面図である。点線のブロック500が本発明の特徴部をなす回転検出手段である。この回転検出手段は着脱可能にユニット化されており、スライダ部の初期位置回転の測定時に、バーミラー100からの反射ビームがレーザ干渉計200に戻ってこない時に挿入され、回転角の測定が終了すると取り外される。
1A is a plan view of the main part, and FIG. 1B is a side view thereof. A dotted
回転検出手段500において、501は遮光・絞り板であり、レーザ干渉計200からバーミラー100への第2パスB2のビームを遮光すると共に、貫通して形成された絞り孔501aより、第1パスB1のビームを絞ってバーミラー100へ照射させる。
In the
502及び503は一対の反射部材であり、遮光・絞り板501のバーミラー100側において、第1パスB1の正常な光軸を挟んで所定距離sを隔てて対称に配置される。この反射部材の形状は、図1(B)の側面図に示すように、バーミラー100からの反射ビームB1´(正常な光軸からずれたビーム)を受けると、そのビームをB1″で示すように下方に90度反射させる。
504及び505は、一対の光学センサ手段である。これら光学センサ手段は、反射部材502及び503からの反射ビームB1″を受光するように、反射部材502及び503の下方に配置されている。
これら光学センサ手段504及び505は、第1パスB1の正常な光軸を中心に、バーミラー100からの反射ビームB1´(正常な光軸からずれたビーム)の時計方向又は反時計方向のずれ角度に比例して差動的に角度検出電流を出力する、フォトダイオード手段によるPSD(Position Sensing Device)で実現されている。
These optical sensor means 504 and 505 have a clockwise or counterclockwise shift angle of the reflected beam B1 ′ (a beam shifted from the normal optical axis) from the
図2は、スライダ部が回転しており、バーミラーからの第1パスB1の反射ビームが正常な光軸からずれてB1´として回転検出手段の反射部材503に入射した状態を示すイメージ図である。反射部材503で反射されたビームビームB1″は、光学センサ手段504及び505に入射され、差動的な角度検出電流に変換される。
FIG. 2 is an image diagram showing a state where the slider portion is rotating and the reflected beam of the first path B1 from the bar mirror is shifted from the normal optical axis and is incident on the reflecting
図3は、光学センサ手段の差動的な角度検出電流の信号処理構成を示す機能ブロック図である。光学センサ手段504の出力電流I1は、I/V変換器506で電圧信号V1に変換される。同様に、光学センサ手段505の出力電流I2は、I/V変換器507で電圧信号V2に変換される。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the signal processing configuration of the differential angle detection current of the optical sensor means. The output current I1 of the optical sensor means 504 is converted into a voltage signal V1 by the I / V converter 506. Similarly, the output current I2 of the optical sensor means 505 is converted into a voltage signal V2 by the I /
これら電圧信号V1及びV2は、差分演算手段508で差分演算され、差分出力値θzが算出される。この差分出力値θzは、スライダ部の初期位置の回転情報である。509は初期制御手段であり、差分出力値θzを入力して、θzがゼロとなるように原点位置に移動したスライダ部の回転角度修正制御を実行する。
These voltage signals V1 and V2 are difference-calculated by the difference calculation means 508, and a difference output value θz is calculated. The difference output value θz is rotation information of the initial position of the slider unit.
図4は、スライダ部の回転角度θに対する差分出力値θzの関係を示す特性図である。この特性図において、回転角度θのゼロ近傍の不感帯は、図1で示した反射部材502と503の間隙sにより任意幅に決定される。この不感帯幅の範囲のずれは許容範囲として回転角度補正制御を実行しない。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship of the differential output value θz with respect to the rotation angle θ of the slider portion. In this characteristic diagram, the dead zone in the vicinity of zero of the rotation angle θ is determined to an arbitrary width by the gap s between the reflecting
図5は、本発明をマルチスライダシステムに応用したイメージ図である。プラテン上で3辺にバーミラーを備える複数のスライダ部を位置制御するマルチスライダシステムにおいて、図5(A)のようにスライダ部Aのバーミラーがレーサ干渉計200の正面に位置している場合と、図5(B)のようにスライダ部Aのバーミラーがレーサ干渉計200の正面に位置していない場合とがある。
FIG. 5 is an image diagram in which the present invention is applied to a multi-slider system. In a multi-slider system that controls the position of a plurality of slider parts having bar mirrors on three sides on the platen, the bar mirror of the slider part A is positioned in front of the
本発明の回転検出手段500を用いれば、初期化時にスライダ部が回転していれば、図5(A)の関係では回転が検出できるが、図5(B)の関係では回転が検出できない。これを利用して、レーザ干渉計とバーミラーとが対峙しているスライダ部を確認することができ、マルチスライダシステムの制御を支援することができる。 If the rotation detecting means 500 of the present invention is used, if the slider portion is rotating at the time of initialization, the rotation can be detected in the relationship of FIG. 5A, but the rotation cannot be detected in the relationship of FIG. By utilizing this, the slider part where the laser interferometer and the bar mirror are opposed can be confirmed, and control of the multi-slider system can be supported.
100 バーミラー
200 レーザ干渉計
205 偏向ビームスプリッタ(PBS)
206 λ/4板
207 コーナーキューブ
500 回転検出手段
501 遮光・絞り板
501a 絞り孔
502,503 反射部材
504,505 光学センサ手段(PSD)
100
206 λ / 4
Claims (5)
前記バーミラーの反射ビームを検出し、検出した反射ビームから前記スライダ部の回転を検出する回転検出手段を備え、
前記回転検出手段は、
前記レーザ干渉計から照射され前記回転検出手段を通過して前記バーミラーに照射される照射ビームの光軸を挟んで対称な位置に設けられた一対の反射部材と、
この反射部材からの反射ビームを受光する一対の光学センサ手段と、
を備えることを特徴とするXYステージ。 A laser interferometer and a bar mirror that reflects the irradiation beam of the laser interferometer are provided. The laser interferometer and the bar mirror move relative to each other according to the movement of the slider portion, and the position is detected by the laser interferometer. In an XY stage for controlling the position of the slider part in a two-dimensional direction on the platen,
A rotation detecting means for detecting the reflected beam of the bar mirror and detecting the rotation of the slider portion from the detected reflected beam ;
The rotation detecting means includes
A pair of reflecting members provided at symmetrical positions across the optical axis of the irradiation beam irradiated from the laser interferometer and passing through the rotation detecting means and irradiated on the bar mirror;
A pair of optical sensor means for receiving the reflected beam from the reflecting member;
An XY stage characterized by comprising:
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