專利名稱：檢測裝置及臺裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測裝置及臺裝置，特別涉及檢測高精度地移動的臺的狀態(tài)的檢測裝置及臺裝置。
背景技術(shù)：
對應于作為IT技術(shù)的根基的半導體設(shè)備的高集成化、低價格化，對制造半導體設(shè)備的半導體曝光裝置的高生產(chǎn)性、高精度化、高速化等的要求變高。對于作為半導體曝光裝置的關(guān)鍵組件的臺，需要具有10nm左右的精度和幾百mm的移動范圍的高速多自由度臺裝置。因此，需要精密地計測臺的多自由度位置和姿勢，反饋其結(jié)果來進行臺的定位控制。
作為以往的定位裝置的位置計測方式，一般采用光學式線性編碼器、激光測長儀及自動準直儀等。這些基本上以1維的長度或姿勢測量作為基本原理，通過其多個軸的組合來進行位置或姿勢的計測。
此外，在用于高精度計測的激光干涉計中，由于利用激光進行臺(定位對象物)的位置的計測，所以有因臺被放置的裝置內(nèi)的空氣的搖擺等而使計測值的精度降低的問題。此外，在激光干涉計中，由于只能將光學部件置于臺的外部，所以為了防止空氣的擺動而需要在每個方向上配置作為激光的光路的金屬管。因此，有使臺裝置整體大型化、其結(jié)構(gòu)變得復雜等的問題。
進而，在使臺繞Z軸旋轉(zhuǎn)的情況下，有來自臺的反射光從干涉計的受光部偏離而不能進行XY方向的位置檢測的問題。作為解決這樣的問題的檢測裝置，已知有對基準柵格照射激光、通過2維角度傳感器檢測由基準柵格(角度柵格)反射的反射光的XY方向的2維角度的檢測裝置(例如參照專利文獻1及專利文獻2)。
圖1是表示具有基準柵格和2維角度傳感器的以往的檢測裝置的概略圖。如圖1所示，在以往的檢測裝置300中，通過1個2維角度傳感器290的輸出變化來進行XY方向的位置檢測。
該2維角度傳感器290是檢測基準柵格的面的傾斜的傳感器，能夠檢測基準柵格的面的法線方向的變化。因而，能夠通過2維角度傳感器290檢測XY方向(兩個方向)的傾斜或法線變化?；鶞蕱鸥?20是在平面上的正交的兩個方向(X方向及Y方向)上集合地形成有以已知的函數(shù)變化的峰與谷的基準柵格，在基準柵格320的形狀中使用正弦波。
接著，參照圖2對圖1所示的2維角度傳感器290進行說明。圖2是表示2維角度傳感器的圖。2維角度傳感器290是基于自動準直法的幾何光學傳感器。
如圖2所示，從激光光源310照射的1條激光310通過偏光束分離器302和1/4波長板303，入射到基準柵格320的表面上。由基準柵格320的表面反射的激光312被偏光束分離器302反射，激光312入射到自動準直儀305中。自動準直儀305具有包括物鏡306、和檢測光斑位置的受光元件307的結(jié)構(gòu)。
專利文獻1日本特開平8-199115號公報專利文獻2日本專利2960013號公報但是，在上述自動準直法中，需要使處于物鏡306的焦點的標板(一般為十字線)在無限遠處成像，使由處于物鏡306的前面的平面鏡反射的平行光成像在共軛于標板面的位置上，根據(jù)成像的十字線的面內(nèi)的位移來讀取平面鏡的微小的角度位移。因此，需要自動準直儀305等昂貴且復雜的部件，存在檢測裝置300的成本變高的問題。
此外，為了進行高分辨率的位置檢測，基準柵格320與多光斑的周期變短，隨之有可能因光的干涉和衍射而使幾何光學原理不成立。因此，有難以高精度地進行檢測的問題。此外，為了對2維位移(X方向及Y方向的位移)和3個姿勢變化(相對于X軸的旋轉(zhuǎn)方向、相對于Y軸的旋轉(zhuǎn)方向、以及相對于Z軸的旋轉(zhuǎn)方向)的5個自由度的狀態(tài)進行檢測，需要3個2維角度傳感器300。因而，有難以進行這些傳感器間的調(diào)節(jié)的問題。
進而，在臺裝置中，在使臺移動時一邊進行位置檢測一邊驅(qū)動控制設(shè)在臺的兩側(cè)的一對線性馬達。為了提高此時的位置檢測精度，需要將上述檢測裝置300做成更緊湊的結(jié)構(gòu)來正確地檢測線性馬達的移動量及傾斜度。
此外，作為上述以外的檢測裝置，已知有通過相對于在臺的移動方向上延伸形成的縫隙板移動的光傳感器光學地檢測縫隙數(shù)來檢測臺的位置的直線檢測位置?？梢允褂迷撝本€檢測位置檢測移動方向的臺的位移量。但是，不能使用該直線檢測位置檢測其他方向的臺的位移量(例如上下方向及臺的繞各軸的傾斜角度)。
因此，在以往的臺裝置中，在臺的兩側(cè)配置一對直線檢測位置，根據(jù)由一對直線檢測位置檢測到的檢測信號的差計算求出臺的偏轉(zhuǎn)角。并且，不檢測臺的其他方向的傾斜角度，而控制臺的移動。
以往的臺裝置由于根據(jù)由直線檢測位置得到的移動方向的位置(移動量)驅(qū)動控制線性馬達，所以不能正確地掌握使臺移動時的、其他方向的傾斜狀態(tài)。因此，有在臺傾斜的情況下難以正確地檢測出向哪個方向傾斜多少的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，目的是提供一種使用容易制造的形狀的基準柵格、能夠容易地進行臺的位移及傾斜角度的檢測、并且能夠提高檢測的精度的檢測裝置及臺裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的檢測裝置的特征在于，具備基準柵格，具有在2維方向上周期地變化的形狀；光源，向上述基準柵格照射光；分光機構(gòu)，具有多個開口部，通過上述多個開口部將從上述光源照射的光分光為多束光；檢測機構(gòu)，具有對由上述基準柵格反射的多束反射光一齊受光的受光元件；并且，上述檢測機構(gòu)根據(jù)上述受光元件受光的上述多束反射光的變化，檢測相對上述基準柵格的狀態(tài)。
根據(jù)上述檢測裝置，將由分光機構(gòu)分光后的多束光照射在基準柵格上，將從基準柵格反射的多束反射光一齊由受光元件受光，檢測機構(gòu)根據(jù)多束反射光的變化進行狀態(tài)的檢測。因此，即使在被照射了多束光的基準柵格中的某一個有缺陷時，也能夠根據(jù)被照射在其他的正常的基準柵格上的多束光的反射光的變化進行狀態(tài)的檢測。與以往的照射1束光、根據(jù)其反射光來進行狀態(tài)的檢測的情況相比較，能夠更高精度地進行狀態(tài)的檢測。
上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述受光元件由多個光敏二極管構(gòu)成；在對上述多束反射光進行受光的上述檢測機構(gòu)的面的中央，至少具有進行以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測、以及以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測的4個光敏二極管。根據(jù)該檢測裝置，通過在對多束反射光進行受光的檢測機構(gòu)的面的中央設(shè)置4個光敏二極管，能夠進行以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測、以及以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，在上述檢測機構(gòu)的面的四角至少具有用來進行以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測的兩個為一組的光敏二極管。根據(jù)該檢測裝置，通過在檢測機構(gòu)的四角設(shè)置兩個為一組的光敏二極管，能夠進行以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，在上述受光元件中使用電荷耦合器件(CCD)。根據(jù)該檢測裝置，通過使用電荷耦合器件(CCD)作為受光元件，能夠?qū)τ苫鶞蕱鸥穹瓷涞亩嗍瓷涔庖积R受光，通過由檢測機構(gòu)檢測的多束反射光的變化，檢測相對基準柵格的狀態(tài)。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述基準柵格構(gòu)成為相對于上述基準柵格的中心軸為對稱的形狀。根據(jù)該檢測裝置，通過將基準柵格構(gòu)成為相對于基準柵格的中心軸為對稱的形狀，與以往的在2維方向上具有正弦波的形狀的基準柵格相比，能夠更容易地制造基準柵格。
為了解決上述課題，本發(fā)明的檢測裝置的特征在于，具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面照射多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對透射上述基準柵格的上述多束平行光進行受光的多個受光元件。
根據(jù)該檢測裝置，由于是將基準柵格配置在發(fā)光部與受光部之間的結(jié)構(gòu)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)檢測裝置的簡潔化及緊湊化，并且能夠根據(jù)多束平行光的受光強度分布的變化而正確地檢測發(fā)光部及受光部相對于基準柵格的相對位置，能夠正確地檢測對應于基準柵格的檢測面的兩方向的位移、和對應于基準柵格的各方向的傾斜角度。
上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述發(fā)光部具有光源、和將來自上述光源的光分光為多束平行光的分光機構(gòu)。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述分光機構(gòu)具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的入射面。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述受光部具有比上述多束平行光多的個數(shù)的受光元件，對應于1束平行光至少配設(shè)1個受光元件。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，具備運算機構(gòu)，該運算機構(gòu)被輸入對應于由上述受光元件受光的上述多束平行光的光強度的檢測信號，根據(jù)各光強度分布的變化計算上述發(fā)光部相對于上述基準柵格的相對移動量。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述運算機構(gòu)根據(jù)由上述多個受光元件受光的上述多束平行光的光強度分布的變化，計算上述發(fā)光部及受光部相對于上述檢測面的相對傾斜角度。
或者，上述檢測裝置也可以構(gòu)成為，上述基準柵格具備透明基板、配設(shè)在上述透明基板的表面上的第1基準柵格、和使其與上述第1基準柵格構(gòu)成180度的朝向的方式配設(shè)在上述透明基板的背面的第2基準柵格。
此外，為了解決上述課題，本發(fā)明的檢測裝置的特征在于，具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；反射面，形成在上述基準柵格的背面上；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面照射多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對從上述反射面反射的多束平行光進行受光的多個受光元件。進而，為了解決上述課題，本發(fā)明的檢測裝置的特征在于，具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；反射面，形成在上述檢測面上；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面照射多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對從上述反射面反射的多束平行光進行受光的多個受光元件。根據(jù)這些檢測裝置，由于是使發(fā)光部及受光部對置于基準柵格的反射面、對從反射面反射的多束平行光進行受光的結(jié)構(gòu)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)檢測裝置的簡潔化及緊湊化，并且能夠根據(jù)多束平行光的受光強度分布的變化而正確地檢測發(fā)光部及受光部相對于基準柵格的相對位置，能夠正確地檢測對應于基準柵格的檢測面的兩方向的位移、和對應于基準柵格的各方向的傾斜角度。
此外，為了解決上述課題，本發(fā)明的臺裝置具備基座、在上述基座上移動的臺、驅(qū)動上述臺的馬達、使上述臺相對于基座浮起的浮起裝置、和檢測上述臺的狀態(tài)的檢測裝置，其特征在于，上述檢測裝置具備基準柵格，具有在2維方向上周期地變化的形狀；光源，朝向上述基準柵格照射光；分光機構(gòu)，具有多個開口部，通過上述多個開口部將從上述光源照射的光分光為多束光；檢測機構(gòu)，具有對由上述基準柵格反射的多束反射光一齊受光的受光元件；并且，上述檢測元件根據(jù)上述受光元件受光的上述多束反射光的變化，檢測對應于上述基準柵格的狀態(tài)。根據(jù)該臺裝置，通過使用上述檢測裝置，能夠高精度地檢測臺相對于基座的位移及傾斜角度。
上述臺裝置也可以構(gòu)成為，在上述馬達中使用平面馬達，在上述浮起裝置中使用空氣軸承。根據(jù)該臺裝置，在馬達中使用平面馬達、浮起裝置中使用空氣軸承的臺裝置中，通過使用上述檢測裝置，也能夠高精度地檢測臺相對于基座的狀態(tài)。
此外，為了解決上述課題，本發(fā)明的臺裝置具備基座、可相對于上述基座移動地配設(shè)的臺、對上述臺賦予驅(qū)動力的驅(qū)動機構(gòu)、檢測上述臺的移動的檢測裝置、和根據(jù)上述檢測裝置的檢測結(jié)果控制上述驅(qū)動機構(gòu)以使上述臺以預定速度移動的控制機構(gòu)，其特征在于，上述檢測裝置具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面發(fā)出多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對透射上述基準柵格的上述多束平行光進行受光的多個受光元件。根據(jù)該臺裝置，通過發(fā)出多束平行光的發(fā)光部、和對透射基準柵格或反射的多束平行光受光的受光部，能夠正確地進行對應于基準柵格的檢測面的臺的兩方向的位置檢測，并且能夠同時檢測各方向的臺的傾斜角度，能夠?qū)ε_進行驅(qū)動控制以便高精度地修正臺的傾斜。
上述臺裝置也可以構(gòu)成為，上述驅(qū)動機構(gòu)是一對線性馬達，上述控制機構(gòu)并進驅(qū)動上述一對線性馬達?；蛘?，上述臺裝置也可以構(gòu)成為，將上述檢測裝置配設(shè)在上述線性馬達的附近。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供使用容易制造的形狀的基準柵格、能夠容易地進行相對于基座的臺的位移及傾斜角度的檢測、并且能夠提高檢測的精度的檢測裝置及臺裝置。


圖1是表示具有基準柵格與2維角度傳感器的檢測裝置的概略圖。
圖2是表示2維角度傳感器的圖。
圖3是表示具備本發(fā)明的一實施方式的檢測裝置的臺裝置的剖視圖。
圖4是對應于圖3所示的區(qū)域B的結(jié)構(gòu)部分的俯視圖。
圖5A是示意地表示可動臺的驅(qū)動方向與X方向及Y方向驅(qū)動器的推進力的關(guān)系的俯視圖。
圖5B是示意地表示可動臺的驅(qū)動方向與X方向及Y方向驅(qū)動器的推進力的關(guān)系的俯視圖。
圖5C是示意地表示可動臺的驅(qū)動方向與X方向及Y方向驅(qū)動器的推進力的關(guān)系的俯視圖。
圖5D是示意地表示可動臺的驅(qū)動方向與X方向及Y方向驅(qū)動器的推進力的關(guān)系的俯視圖。
圖6是對應于圖3所示的區(qū)域C的結(jié)構(gòu)部分的俯視圖。
圖7是表示刻度部及檢測機構(gòu)的圖。
圖8是表示檢測機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)和刻度部的圖。
圖9是分光板的俯視圖。
圖10是從箭頭G所示的方向觀察圖8所示的檢測機構(gòu)的圖。
圖11是表示在模擬中使用的檢測機構(gòu)的模型的圖。
圖12是用來說明基準柵格的相位函數(shù)的圖。
圖13是表示模擬了光斑強度分布I(x，y)的變化的結(jié)果的圖。
圖14A是從X1方向觀察移動體(可動臺237)相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖14B是從X1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖14C是從X1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖14D是從X1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖14E是從X1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖15A是從Y1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖15B是從Y1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖15C是從Y1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖15D是從Y1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖15E是從Y1方向觀察移動體相對于基準柵格在X方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖16A是從Z1方向觀察移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖16B是從Z1方向觀察移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖16C是從Z1方向觀察移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖16D是從Z1方向觀察移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖16E是從Z1方向觀察移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖17A是從X1方向觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖17B是從X1方向觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖17C是從X1方向觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖18A是將位于圖17A的中心的光斑強度分布放大的圖。
圖18B是將位于圖17B的中心的光斑強度分布放大的圖。
圖18C是將位于圖17C的中心的光斑強度分布放大的圖。
圖19A是從Y1方向觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖19B是從Y1方向觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖19C是從Y1方向觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
圖20A是將位于圖19A的中心的光斑強度分布放大的圖。
圖20B是將位于圖19B的中心的光斑強度分布放大的圖。
圖20C是將位于圖19C的中心的光斑強度分布放大的圖。
圖21是用來說明移動體相對于基準柵格向X軸方向發(fā)生變位時的檢測方法的圖。
圖22是用來說明移動體相對于基準柵格以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生了旋轉(zhuǎn)時的檢測方法的圖。
圖23是用來說明移動體相對于基準柵格以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時的檢測方法的圖。
圖24是表示本發(fā)明的一實施方式的基準柵格的變更例的立體圖。
圖25是表示本發(fā)明的一實施方式的臺裝置的分解立體圖。
圖26是部分切開來表示組裝后的狀態(tài)的臺裝置的立體圖。
圖27是表示適用于本發(fā)明的一實施方式的檢測裝置的臺裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖28是表示本發(fā)明的一實施方式的透射型檢測裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖29是將多束光照射在透明體角度柵格的檢測面上的狀況放大表示的立體圖。
圖30是從X方向觀察圖28的透射型檢測裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖31是將分光板的柵格圖案的一例放大表示的圖。
圖32是將配置有多個光敏二極管的受光面放大表示的圖。
圖33是表示光入射到透明體角度柵格的位置(x，y)上的模型的圖。
圖34是表示圖28的透射型檢測裝置的強度分布I(x，y)的模擬結(jié)果的曲線圖。
圖35是將4分割PD55放大表示的圖。
圖36是用來說明根據(jù)X、Y位移的相對位置關(guān)系也能求出θz方向的旋轉(zhuǎn)的方法的圖。
圖37是用來說明受光部中的多個光敏二極管的配置的圖。
圖38是用來說明檢測圖28的透射型檢測裝置的X方向的位移的方法的圖。
圖39是用來說明圖28的透射型檢測裝置的XY位置的檢測方法的檢測原理的圖。
圖40是表示圖28的透射型檢測裝置的光學系統(tǒng)的變形例的圖。
圖41是表示本發(fā)明的一實施方式的反射型檢測裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖42是表示貼附在圖41的反射型檢測裝置的反射面上的透明體角度柵格的模型的圖。
圖43是假設(shè)圖41的反射型檢測裝置的光被反射面反射時原樣透射的模型的圖。
圖44是表示圖41的反射型檢測裝置的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖45是表示本發(fā)明的一實施方式的使用反射面角度柵格的反射型檢測裝置的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖46是表示圖45的反射型檢測裝置的反射面角度柵格的模型的圖。
圖47是表示圖45的反射型檢測裝置的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖48是表示在本發(fā)明的一實施方式的反射型檢測裝置中使用的光傳感器單元的結(jié)構(gòu)的圖。
符號說明10、110、230臺裝置；12、111、231基座；14第1臺；16第2臺；112、236臺；113刻度部；114、290檢測裝置；115 X方向用磁鐵；116 Y方向用磁鐵；117磁軛；118襯墊；119 Z方向用磁鐵；120A、120B X方向線性馬達構(gòu)造部；121A、121B X方向線圈；122A、122B X方向用芯部；124、249、300檢測裝置；125A、125B Y方向線性馬達構(gòu)造部；126A、126B Y方向線圈；127A、127B Y方向用芯部；130 Z方向電磁石；131 Z方向用線圈；132Z方向用芯部；133安裝用基板；140、320、100基準柵格；141基部；18、20、24線性馬達；22透射型檢測裝置；28控制裝置；30、102透明體角度柵格；32透明基板；34發(fā)光部；34a激光光源(LD)；36受光部；38分光板；51～59光敏二極管；70反射型檢測裝置；74基板；76、100光傳感器單元；78偏向束分離器(PBS)；92反射面角度柵格。
具體實施例方式
利用附圖詳細說明用來實施本發(fā)明的實施方式。
參照圖3和圖4，對本發(fā)明的一實施方式的檢測裝置應用在臺裝置中的情況舉例進行說明。臺裝置230是作為驅(qū)動裝置而具有平面馬達即SAWYER馬達的裝置。圖3是表示具備本發(fā)明的一實施方式的檢測裝置的臺裝置的剖視圖，圖4是對應于圖3所示的區(qū)域B的結(jié)構(gòu)部分的俯視圖。
臺裝置230大體由基座231、臺236、和檢測裝置249構(gòu)成。在基座231的表面上以預定的間距形成有多個凸部232。該預定的間距為使臺236移動時的最小單位。此外，基座231由鐵等的金屬制造。臺236大體上由可動臺部237、固定臺部239、卡盤241、X方向驅(qū)動器242A、242B、Y方向驅(qū)動器243A、243B、和傾斜驅(qū)動部245構(gòu)成。
可動臺部237是受X方向驅(qū)動器242A、242B和Y方向驅(qū)動器243A、243B驅(qū)動的基座部分。如圖4所示，在可動臺部237的下方配設(shè)有X方向驅(qū)動器242A、242B和Y方向驅(qū)動器243A、243B，在中央部形成空間。X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B分別由多個線圈部244和空氣軸承238構(gòu)成。通過對該線圈部244施加電流，在線圈部244中產(chǎn)生磁力，產(chǎn)生推進力而驅(qū)動可動臺部237。
空氣軸承238是用來通過空氣的力量使X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B相對于基座231浮起的部件。通過設(shè)置該空氣軸承238，在將可動臺部237向X方向或Y方向、或向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動時，相對于任意方向都能夠自如地移動。
傾斜驅(qū)動部245分別設(shè)在X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B與可動臺部237之間。傾斜驅(qū)動部245用來進行找正，可動臺部237的水平位置。固定臺部239在可動臺部237上被一體地配設(shè)。固定臺部239通過利用X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B驅(qū)動可動臺部237而移動到期望的位置。在固定臺部239上配設(shè)有用來安裝工件248的卡盤241。
這里，參照圖5A至圖5D，對可動臺部237的驅(qū)動方法進行說明。圖5A～圖5D是示意地表示可動臺部的驅(qū)動方向與X方向及Y方向驅(qū)動器的推進力的關(guān)系的俯視圖。
在使可動臺部237向X方向移動的情況下，如圖5A所示，對設(shè)在X方向驅(qū)動器242A、242B中的線圈部244施加電流，以相對想要使可動臺部237移動的X方向產(chǎn)生X方向驅(qū)動器242A、242B的推進力。
在使可動臺部237向Y方向移動的情況下，如圖5B所示，對設(shè)在Y方向驅(qū)動器243A、243B中的線圈部244施加電流，以對想要使可動臺部237移動的Y方向產(chǎn)生Y方向驅(qū)動器243A、243B的推進力。
此外，在以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸、使可動臺部237向E方向或D方向旋轉(zhuǎn)移動的情況下，對設(shè)在X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B中的線圈部244施加電流，以產(chǎn)生圖5C或圖5D所示那樣的X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B的推進力。
并且，在固定臺部239移動到基座231上的期望的位置上時，停止對線圈部244的電流的施加，將固定臺部239的位置固定。另外，可動臺部237如前面所述，以設(shè)在基座231的表面上的凸部232的間距為最小單位移動。
檢測裝置249由設(shè)在可動臺部237的底部的檢測機構(gòu)114、和后述的刻度單元233構(gòu)成。該檢測裝置249發(fā)揮進行可動臺部237的狀態(tài)的測定的功能。這里的所謂“狀態(tài)”，包括以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)、向X方向移動的狀態(tài)、以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)、向Y方向移動的狀態(tài)、和以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)，至少是這些5個自由度的狀態(tài)。檢測裝置249大體上由刻度單元233和檢測機構(gòu)114構(gòu)成。
首先，參照圖6及圖7對檢測裝置249中的刻度單元233進行說明。圖6是對應于圖3所示的區(qū)域C的結(jié)構(gòu)部分的俯視圖，圖7是表示刻度部及檢測機構(gòu)的圖。刻度單元233配設(shè)在設(shè)于基座231上的凸部232上?？潭葐卧?33由刻度部113、上部樹脂252、和下部樹脂253構(gòu)成?？潭炔?13由基部141和基準柵格140構(gòu)成。
在基部141上，在關(guān)于角度的性質(zhì)為X-Y方向的2維方向上，以預定的間距F設(shè)有由已知的函數(shù)(在該實施方式中是正弦波的峰與谷的集合)變化的多個基準柵格140。在刻度部113的上表面上設(shè)有上部樹脂252，在刻度部113的下表面上設(shè)有下部樹脂253。上部樹脂252及下部樹脂253用來防止刻度部113受到外力而損壞。另外，在上部樹脂252中使用光的透射性較好的材料。
接著，參照圖3至圖4對構(gòu)成檢測裝置249的檢測機構(gòu)114進行說明。檢測機構(gòu)114為配設(shè)在被X方向驅(qū)動器242A、242B及Y方向驅(qū)動器243A、243B包圍的可動臺部237的底面部的空間中的結(jié)構(gòu)。
這樣，通過在接近于基準柵格140的位置的可動臺部237的底面部設(shè)置檢測機構(gòu)114，與以往的激光干涉計相比能夠不易受到空氣的搖擺等的干擾的影響，能夠得到正確的固定臺部239的位置。
圖8是表示檢測機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)和刻度部的圖。檢測機構(gòu)114大體上為具有光源部330、分光板332、偏向束分離器334、1/4波長板336、集束用透鏡338、和受光元件339的結(jié)構(gòu)。光源部330是用來照射具有寬度的光331的部件。分光板332被設(shè)在從光源部330照射的光331的行進方向側(cè)(在圖8中的下方)。
圖9是分光板的俯視圖。如圖9所示，在本實施方式中，在分光板332上以柵格狀形成有開口部341A～341I。分光板332是用來通過開口部341A～341I將來自光源部330照射的光331分光為9束光333的部件。
開口部341A～341I形成在基部141的表面上或面內(nèi)，使其成為與以預定的間距F配設(shè)的基準柵格140相同的間距F。此外，由分光板332的開口部341A～341I衍射的9束光333相互干涉，在基準柵格140上以與基準柵格140的配設(shè)間距等間隔、或配設(shè)間距的整數(shù)倍的間隔生成多光斑。
偏向束分離器334設(shè)在分光板332與刻度部113之間。偏向束分離器334是用來使由基準柵格140的表面反射的反射光337朝向集束用透鏡338的裝置。集束用透鏡338設(shè)在偏向束分離器334與受光元件339之間，用來將反射光337在受光元件339集束。
接著，參照圖10對受光元件339進行說明。圖10是從箭頭G所示的方向觀察圖8所示的檢測機構(gòu)的圖。另外，在圖10中由單點劃線表示的圓表示達到各個光敏二極管的反射光337A～337I。受光元件339具有在其受光面339A上配設(shè)有光敏二極管350A～350H、和光敏二極管351～354的結(jié)構(gòu)。
光敏二極管350A～350H及光敏二極管351～354是用來將反射光337A～337I一齊受光的元件。受光元件339用來根據(jù)一齊受光的反射光337A～337I的變化、具體而言是根據(jù)反射光337A～337I的強度及照射反射光337A～337I的光敏二極管350A～350H及光敏二極管351～354的位置，來檢測固定臺部239相對于基準柵格140的狀態(tài)。
受光面339A是對反射光337A～337I受光側(cè)的面。受光面339A為大致正方形的形狀，在其中心部配設(shè)有4個光敏二極管350E～350H。
在受光面339A的4個角部附近形成有光敏二極管351～354。具體而言，分別在圖10所示的受光面339A的左上角部配設(shè)光敏二極管351、在受光面339A的左下角部配設(shè)光敏二極管352、在受光面339A的右下角部配設(shè)光敏二極管353、在受光面339A的右上角部配設(shè)光敏二極管354。
光敏二極管351通過將呈三角形狀的光敏二極管351I、351J組合而構(gòu)成，光敏二極管352通過將呈三角形狀的光敏二極管352L、352K組合而構(gòu)成。此外，光敏二極管353通過將呈三角形狀的光敏二極管353M、353N組合而構(gòu)成，光敏二極管354通過將呈三角形狀的光敏二極管354O、354P組合而構(gòu)成。
光敏二極管350A設(shè)在連接光敏二極管351與光敏二極管352的線上的中間位置，光敏二極管350B設(shè)在連接光敏二極管352與光敏二極管353的線上的中間位置。此外，光敏二極管350C設(shè)在連接光敏二極管353與光敏二極管354的線上的中間位置，光敏二極管350D設(shè)在連接光敏二極管351與光敏二極管354的線上的中間位置。
如圖10所示，對于光敏二極管351～354以及光敏二極管350A～350D的各光敏二極管也照射反射光337A～337D或反射光337F～337I的任一組。在該實施方式中，根據(jù)受光元件339受光的反射光337A～337I的位置的變化，進行固定臺部239的狀態(tài)的檢測。另外，對于具體的狀態(tài)的檢測方法在后面敘述。
接著，對利用基準柵格140、為了確認能否通過上述受光元件339進行5個自由度的狀態(tài)的檢測而進行的模擬結(jié)果進行說明。
圖11是表示在模擬中使用的檢測機構(gòu)的模型的圖。另外，在圖11中將檢測機構(gòu)114的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沿直線方向排列而示意地表示。此外，在圖11中，對于與圖8所示的檢測機構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)部分賦予相同的標號。
首先，通過計算式求出由受光元件339觀察的反射光337的光斑強度分布。此時，將檢測機構(gòu)114按每個結(jié)構(gòu)部件分開，將該每個構(gòu)成部件的函數(shù)結(jié)合來進行計算。具體而言，如圖11所示，可以分為分光板332、基準柵格140、集束用透鏡338、受光元件339、和它們之間的空間。
分光板332的波面函數(shù)g(x，y)在開口部341A～341I中等于1，在開口部341A～341I以外的區(qū)域中等于0。該波面函數(shù)g(x，y)由式(1)表示。
g(x,y)=10...(1)]]>接著，對基準柵格140的相位函數(shù)G(x，y)進行說明。入射到基準柵格140的光333成為反射光337而回到原來的光路。所以，如圖12所示，可以將9束光333及反射光337的光路設(shè)為1個方向，來考慮基準柵格140的相位函數(shù)G(x，y)。
圖12是用來說明基準柵格的相位函數(shù)的圖。如果設(shè)基準柵格140的形狀為h(x，y)，則入射到點(x，y)的光333與入射到基準柵格140的底邊的點t’的光相比，光路長僅變短2h(x，y)。由此，基準柵格140的相位函數(shù)G(x，y)由式(2)表示。這里，在式(2)中，k表示光的波數(shù)，A表示基準柵格140的振幅，P表示基準柵格140的波長。
h(x,y)=Acos(2πxP)+Acos(2πyP)]]>G(x，y)＝exp[i2kh(x，y)]……(2)
接著，集束用透鏡338的相位函數(shù)L(x，y)由式(3)表示。這里，在式(3)中，f表示集束用透鏡338的焦點距離。集束用透鏡338具有根據(jù)入射部位而改變相位進行聚光的功能。
對光的空間傳播進行說明。光的空間傳播通過菲涅爾衍射而被模型化。如果設(shè)觀察面處的光波為u(x，y)、傳播開始面的光波為u0(x，y)、從開始面到觀察面的距離為z，則表示觀察面處的光波的u(x，y)由式(4)表示。
u(x,y)=F-1[iλ·F[u0(x,y)]·F[e-ikz2+x2+y2z2+x2+y2]]...(4)]]>這里，F(xiàn)[v(x，y)]是v(x，y)的2維傅立葉變換。λ是光的波長。
如圖11所示，將光學系統(tǒng)的構(gòu)成部分排列在一直線上，并定義入射到分光板332上的光的復數(shù)振幅為UA(x，y)、受光元件339上(光敏二極管350A～350H上、以及光敏二極管351～354上)的復振幅為UD(x，y)、分光板332與基準柵格140的間隔為Z1、基準柵格140與集束用透鏡338的間隔為Z2(＝f)。此時，光斑強度分布I(x，y)可以如下述式(5)那樣求出。
uA′(x，y)＝uA(x，y)·g(x，y)uB(x,y)=F-1[iλ·F[uA′(x,y)]·F[e-ikz02+x2+y2z02+x2+y2]]]]>uB′(x，y)＝uB(x，y)·G(x，y)uC(x,y)=F-1[iλ·F[uB′(x,y)]·F[e-ikz12+x2+y2z12+x2+y2]]]]>uC′(x，y)＝uC(x，y)·L(x，y)uD(x,y)=F-1[iλ·F[uC′(x,y)]·F[e-ikz22+x2+y2z22+x2+y2]]]]>I(x，y)＝|uD(x，y)|2……(5)接著，對于對基準柵格140產(chǎn)生了5個自由度的移動時的光斑強度分布I(x，y)的變化進行說明。如果設(shè)相對于X軸方向和Y軸方向的各個位移量為Δx、Δy，以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)移動時的旋轉(zhuǎn)角度為θz(偏轉(zhuǎn)角)、以X軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)移動時的旋轉(zhuǎn)角度為θx(旋轉(zhuǎn)角)、以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)移動時的旋轉(zhuǎn)角度為θy(傾斜角)，則可得到下述的式(6)。
G(x，y)＝exp[i2k{h(x′+Δx，y′+Δy)+θy·x+θx·y}]x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθz·xy...(6)]]>通過將式(6)代入式(5)中計算而能夠求出在基準柵格140中產(chǎn)生了5個自由度的運動時的I(x，y)的變化。在基準柵格140中產(chǎn)生了5個自由度的運動時的I(x，y)的變化由下述的式(7)表示。
IA(x,y)=ry2-y2·exp[-x22σx2-y22σy2]...(7)]]>圖13是表示模擬了光斑強度分布I(x，y)的變化的結(jié)果的圖。另外，X1方向表示相對于X軸正交的方向，Y1方向表示相對于Y軸正交的方向，Z1方向表示與X1、Y1方向正交的方向。
接著，參照圖14A至圖15E所示的模擬結(jié)果，對移動體相對于基準柵格140在X軸方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的變化進行說明。圖14A～圖14E是從X1方向(參照圖13)觀察移動體(可動臺237)相對于基準柵格在X軸方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。圖15A～圖15E是從Y1方向(參照圖13)觀察移動體相對于基準柵格在X軸方向上發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。
如圖14A至圖14E所示，可知在移動體在X軸方向上發(fā)生變位時，從X1方向觀察的光斑強度分布370A～370E中的位于中心的光斑強度分布370C的兩側(cè)的光斑強度分布370A、370B、370D、370E的大小變化。
另一方面，如圖15A至圖15E所示，在從Y1方向觀察光斑強度分布371A～371E時，即使Δx(X軸方向的位移)發(fā)生了變化，在5個光斑強度分布371A～371E的大小中也看不到變化。
由上述模擬結(jié)果可以推斷，當移動體在X軸方向上發(fā)生變位時，通過從X1方向監(jiān)視光斑強度分布370A、370B、370D、370E，能夠進行移動體相對于X軸方向的移動距離及位置(坐標)的檢測。
具體而言，可知當移動體在X軸方向上發(fā)生變位時，通過監(jiān)視設(shè)在受光面339A上的兩個光敏二極管350A、350C(參照圖10)受光的反射光337D、337F的光斑強度分布，而能夠檢測移動體相對于X軸方向的移動距離及位置(坐標)。
另外，雖然沒有圖示，但根據(jù)模擬結(jié)果，當移動體在Y軸方向上發(fā)生變位時，可以從Y1方向判斷出處于5個光斑強度分布中的位于中心的光斑強度分布的兩側(cè)的兩個(合計4個)光斑強度分布的大小發(fā)生變化。由此，當移動體在Y軸方向上發(fā)生變位時，通過設(shè)在受光面339A上的兩個光敏二極管350B、350D(參照圖10)監(jiān)視反射光337B、337D的光斑強度，能夠檢測移動體相對于Y軸方向的移動距離及位置(坐標)。
接著，參照圖16A至圖16E所示的模擬結(jié)果，對移動體在以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上發(fā)生變位(旋轉(zhuǎn)移動)時的光斑強度分布的變化進行說明。圖16A至圖16E是從Z1方向(參照圖13)觀察移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。另外，在圖16A至圖16E中，θz表示偏轉(zhuǎn)角(以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的角度)。
如圖16C所示，可知在θz＝Oarcsec的情況下，被4角反射的反射光337A、337C、337G、337I的位置既不以中央的峰值337E的位置為中心順時針旋轉(zhuǎn)，也不逆時針旋轉(zhuǎn)。
此外，如圖16A和圖16B所示，可知在移動體以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸向負方向(逆時針方向)旋轉(zhuǎn)移動的情況下，被4角反射的反射光337A、337C、337G、337I的位置以中央的反射光337E的位置為中心逆時針旋轉(zhuǎn)。
此外，如圖16D和圖16E所示，可知在移動體以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸向正方向(順時針方向)旋轉(zhuǎn)移動的情況下，被4角反射的反射光337A、337C、337G、337I的位置以中央的反射光337E的位置為中心順時針旋轉(zhuǎn)。進而，由于圖16A至圖16E所示的反射光337A、337C、337G、337I的各個位置不同，所以可知通過由設(shè)在受光面339A的四角上的光敏二極管351～354(參照圖10)從Z1方向監(jiān)視反射光337A、337C、337G、337I的位置，能夠進行移動體向以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的移動體的位置、移動量及旋轉(zhuǎn)角度等的檢測。
接著，參照圖17A至圖20C所示的模擬結(jié)果，對移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位(旋轉(zhuǎn)移動)時的光斑強度分布的變化進行說明。圖17A至圖17C是從X1方向(參照圖13)觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。圖18A至圖18C是將位于圖17A至圖17C的中心的光斑強度分布放大的圖。此外，圖19A至圖19C是從Y1方向(參照圖13)觀察移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時的光斑強度分布的圖。圖20A至圖20C是將位于圖19A至圖19C的中心的光斑強度分布放大的圖。另外，在圖17A至圖20C中，θy表示傾斜角(以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的角度)。
如圖18A至圖18C所示，當移動體以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸向正方向(順時針方向)發(fā)生變位(旋轉(zhuǎn)移動)時，從X1方向看到的光斑強度分布375C的X軸方向的位置向圖18A的左側(cè)移動，當移動體以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸向負方向(逆時針方向)發(fā)生變位(旋轉(zhuǎn))時，從X1方向看到的光斑強度分布375C的X軸方向的位置向圖18C的右側(cè)移動。
另一方面，如圖20A至圖20C所示，當移動體以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生變位(向正方向及負方向的旋轉(zhuǎn))時，從Y1方向看到的光斑強度分布380C的Y軸方向的位置完全不變化。另外，當光斑強度分布375C向X軸方向移動時，光斑分布強度分布375A、375B也一體地移動。
由此可知，當移動體向以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時，通過由設(shè)在受光面339A的中心的4個光敏二極管350E～350H(參照圖10)監(jiān)視從X1方向觀察的光斑強度分布375C的X軸方向的位置(反射光337E的位置)，而能夠檢測移動體的繞Y軸的旋轉(zhuǎn)角度。
另外，由未圖示的模擬結(jié)果可知，當移動體向以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變位時，也能夠通過監(jiān)視由設(shè)在受光面339A的中心的4個光敏二極管350E～350H受光的反射光337E(光斑強度分布375C)的Y軸方向的位置，檢測移動體的繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度θx(旋轉(zhuǎn)角)。
接著，參照圖21至圖23，根據(jù)上述模擬結(jié)果，對移動體的狀態(tài)的檢測方法進行說明。圖21是用來說明移動體相對于基準柵格向X軸方向發(fā)生變位時的檢測方法的圖。另外，在圖21中，光斑強度分布385D表示對應于反射光337D的光斑強度分布，光斑強度分布385F表示對應于反射光337F的光斑強度分布。
如圖21所示，如果移動體相對于基準柵格140在X軸方向上移動，則光敏二極管350A、350C受光的反射光337D、337F的光斑強度分布385D、385F的大小變化。這里，如果設(shè)光敏二極管350A的輸出為I350A、設(shè)光敏二極管350C的輸出為I350C，則移動體相對于基準柵格140的X軸方向的位移量ΔX可以由SX＝(I350C-I350A)/(I350C+I350A)來求出。此外，在移動體相對于基準柵格140在Y軸方向上移動的情況下，如果設(shè)光敏二極管350B的輸出為I350B、設(shè)光敏二極管350D的輸出為I350D、，則移動體相對于基準柵格140的Y軸方向的位移量ΔY可以由SY＝(I350D-I350B)/(I350D+I350B)來求出。
圖22是用來說明移動體相對于基準柵格以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時的檢測方法的圖。另外，在圖22中，光斑強度分布385E表示對應于反射光337E的光斑強度分布。如圖22所示，如果移動體相對于基準柵格140以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，則對應于3束反射光337D～337F的光斑強度分布385D～385E的位置整體地沿X軸方向移動。此時的移動量遵循自動準直法。該移動量可以通過設(shè)在受光面339A的中心的4個光敏二極管350E～350H檢測。
這里，如果設(shè)光敏二極管350E的輸出為I350E、設(shè)光敏二極管350F的輸出為I350F、設(shè)光敏二極管350G的輸出為I350G、設(shè)光敏二極管350H的輸出為I350H，則可以由SqY＝(I350G+I350H-I350E-I350F)/(I350E+I350F+I350G+I350H)來求出X軸方向的移動量，可以根據(jù)求出的X軸方向的移動量求出θy(傾斜角)。
同樣，可以由SqX＝(I350F+I350G-I350E-I350H)/(I350E+I350F+I350G+I350H)來求出Y軸方向的移動量，可以根據(jù)求出的Y軸方向的移動量求出θx(俯仰角)。
圖23是用來說明移動體相對于基準柵格以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時的檢測方法的圖。如果移動體相對于基準柵格140以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，則如上述圖16A至圖16E中說明的那樣，4個反射光337A、337C、337G、337I的位置以中央的反射光337E的位置為中心旋轉(zhuǎn)。
這里，如果設(shè)光敏二極管351I的輸出為I351I、設(shè)光敏二極管351J的輸出為I351J、設(shè)光敏二極管351K的輸出為I351K、設(shè)光敏二極管351L的輸出為I351L、設(shè)光敏二極管351M的輸出為I351M、設(shè)光敏二極管351N的輸出為I351N、設(shè)光敏二極管351O的輸出為I351O、設(shè)光敏二極管351P的輸出為I351P，則可以由SqZ＝{(I351J+I351L+I351N+I351P)-(I351I+I351K+I351M+I351O)}/(I351I+I351J+I351K+I351L+I351M+I351N+I351O+I351P)來求出旋轉(zhuǎn)量，可以根據(jù)該旋轉(zhuǎn)量的值求出θz(偏轉(zhuǎn)角)。
通過分光板332使從光源部330照射的光分光為多束光333而照射在基準柵格上，通過將多束反射光337由多元件型的光敏二極管350一齊受光，能夠進行移動體的5個自由度的狀態(tài)的檢測。此外，由于根據(jù)多束反射光337的變化來檢測移動體的狀態(tài)，所以即使在被照射了多束光337的基準柵格140中的某一個有缺陷時，也能夠根據(jù)從沒有缺陷的基準柵格140反射的多束反射光337的變化進行狀態(tài)的檢測。因此，與以往的將1束光照射在基準柵格上、根據(jù)其反射光來進行狀態(tài)的檢測的情況相比較，能夠高精度地進行狀態(tài)的檢測。
此外，在該實施方式的檢測機構(gòu)114中，由于沒有進行使用以往技術(shù)那樣的自動準直法的檢測，所以能夠使受光元件339的結(jié)構(gòu)簡單化，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測機構(gòu)114的成本的降低。
另外，在本實施方式中，雖然使用了設(shè)有光敏二極管351～354及光敏二極管350A～350D的受光元件339，但也可以使用CCD來代替光敏二極管351～354及光敏二極管350A～350D。在使用CCD的情況下也能夠得到與本實施方式相同的效果。
接著，參照圖24對本實施方式的基準柵格的變更例進行說明。圖24是表示本實施方式的基準柵格的變更例的立體圖。圖24的基準柵格400是將大致正方形的柱狀部401、和與柱狀部401相同的正方形狀的凹部402沿面內(nèi)兩軸方向交替地配置而形成的。作為本實施方式的基準柵格，也可以使用圖24所示那樣的大致正方形狀的基準柵格400。使基準柵格400的PV值為0.08μm。
接著，參照圖25及圖26，對本發(fā)明的一實施方式的臺裝置10進行說明。圖25是表示本發(fā)明的一實施方式的臺裝置的分解立體圖。圖26是部分切開來表示組裝后的狀態(tài)的臺裝置的立體圖。該臺裝置110是在例如半導體制造用分檔器等中用來使作為被移動體的晶片移動到預定位置的裝置。
該臺裝置110大體上由基座111、臺112、檢測裝置124、以及驅(qū)動裝置等構(gòu)成。基座111是作為臺裝置110的基臺的部件，配設(shè)有后述的線性馬達構(gòu)造部120A、125A、Z方向電磁鐵130、以及檢測機構(gòu)114。另外，本實施方式的檢測機構(gòu)114的結(jié)構(gòu)與圖3所示的檢測機構(gòu)114相同。
臺112在上部裝載有作為移動體的晶片60及卡盤61，并且在下部配設(shè)有磁鐵115、116、磁軛117，以及經(jīng)由襯墊118而配設(shè)的Z方向用磁鐵119。該臺112是能夠相對于基座111進行圖中箭頭X軸方向移動、Y軸方向移動、以及以Z軸為中心的旋轉(zhuǎn)移動的結(jié)構(gòu)。
如圖25所示，刻度部113固定在臺112的背面(與基座111對置的面)的大致中央位置上。另一方面，檢測機構(gòu)114為配設(shè)在基座111上的結(jié)構(gòu)。具體而言，檢測機構(gòu)114設(shè)在安裝于基座111上的安裝用基板133上。
接著，對驅(qū)動裝置進行說明。驅(qū)動裝置是使臺112相對于基座111進行X軸方向移動、Y軸方向移動、以及以Z軸為中心的旋轉(zhuǎn)移動的裝置。該驅(qū)動裝置由配設(shè)在基座111上的X方向線性馬達構(gòu)造部120A、120B、Y方向線性馬達構(gòu)造部125A、125B、Z方向電磁鐵130、和配設(shè)在臺112上的X方向用磁鐵115、Y方向用磁鐵116、Z方向用磁鐵119等構(gòu)成。
X方向線性馬達構(gòu)造部120A配設(shè)在基座111上，由一對X方向用線圈121A-1、121A-2(在將兩者統(tǒng)一時稱為X方向用線圈121A)、和X方向用芯部122A構(gòu)成。一對X方向用線圈121A-1、121A-2在圖中箭頭X軸方向上排列設(shè)置，做成能夠分別獨力地供給電流的結(jié)構(gòu)。
此外，X方向線性馬達構(gòu)造部120B為與X方向線性馬達構(gòu)造部120A相同的結(jié)構(gòu)，由X方向用線圈121B(雖然沒有標標號，但由一對X方向用線圈構(gòu)成)及X方向用芯部122B構(gòu)成。該X方向線性馬達構(gòu)造部120A和X方向線性馬達構(gòu)造部120B為夾著上述檢測機構(gòu)114的配設(shè)位置而沿圖中箭頭Y軸方向離開地配置的結(jié)構(gòu)。
另一方面，Y方向線性馬達構(gòu)造部125A及Y方向線性馬達構(gòu)造部125B也為與上述X方向線性馬達構(gòu)造部120A相同的結(jié)構(gòu)。即，Y方向線性馬達構(gòu)造部125A由Y方向用線圈126A(雖然沒有賦予標號，但由一對Y方向用線圈構(gòu)成)及Y方向用芯部127A構(gòu)成，Y方向線性馬達構(gòu)造部125B由Y方向用線圈126B(雖然沒有賦予標號，但由一對Y方向用線圈構(gòu)成)及Y方向用芯部127B構(gòu)成。該Y方向線性馬達構(gòu)造部125A和Y方向線性馬達構(gòu)造部125B為夾著上述檢測機構(gòu)114的配設(shè)位置而沿圖中箭頭X軸方向離開地配置的結(jié)構(gòu)。
Z方向電磁鐵130通過使臺112相對于基座111浮起，起到在上述X方向用磁鐵115A和后述的設(shè)于臺112上的磁鐵115、116之間形成間隙的功能。該Z方向電磁鐵130由Z方向用線圈131和Z方向用芯部132構(gòu)成。此外，為了使浮起穩(wěn)定化，而分別配設(shè)在做成矩形狀的基座111的四角位置上。
另外，使臺112相對于基座111浮起的機構(gòu)，除了在該實施方式中使用的磁機構(gòu)以外，還可以考慮使用壓縮空氣的方法、或通過多個球支撐基座111的機構(gòu)等。
另一方面，如上所述，在臺112上配設(shè)有X方向用磁鐵115及Y方向用磁鐵116。雖然在圖中沒有表示，但各磁鐵115、116分別配設(shè)有一對、合計配設(shè)有4個。因而，在從底面?zhèn)扔^察臺112的狀態(tài)下，各磁鐵115、116相互作用而配置成大致四邊形。
X方向用磁鐵115由將多個同樣的永久磁鐵以直線狀排列以使極性交替地表現(xiàn)的多個磁鐵列(小磁鐵的集合體)構(gòu)成。同樣，Y方向用磁鐵116也由將多個同樣的永久磁鐵以直線狀排列以使極性交替地表現(xiàn)的多個磁鐵列構(gòu)成。在各磁鐵115、116的上部配設(shè)有磁軛117，該磁軛117起到將構(gòu)成各磁鐵115、116的多個各磁鐵磁性地結(jié)合的功能。
在上述結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成為，在將臺112安裝在基座111上的狀態(tài)下，一對X方向用磁鐵115的一個位于X方向線性馬達構(gòu)造部120A上，并且另一個X方向用磁鐵115位于X方向線性馬達構(gòu)造部120B上。
此外，構(gòu)成為，在將臺112安裝在基座111上的狀態(tài)下，一對Y方向用磁鐵116的一個位于Y方向線性馬達構(gòu)造部125A上，并且另一個位于Y方向用磁鐵116位于線性馬達構(gòu)造部125B上。
此外，構(gòu)成為，在將臺112安裝在基座111上的狀態(tài)下，并且在由Z方向電磁鐵130使臺112相對于基座111浮起的狀態(tài)下，各磁鐵115、116與產(chǎn)生的磁場對置的線性馬達構(gòu)造部120A、120B、125A、125B卡合。
進而，在上述安裝狀態(tài)下，各磁鐵115、116配置為，相對于設(shè)在各線性馬達構(gòu)造部120A、120B、125A、125B中的各線圈121A、121B、126A、126B的卷繞方向正交。
通過將驅(qū)動裝置做成上述結(jié)構(gòu)，X方向線性馬達構(gòu)造部120A、120B和X方向用磁鐵115相互作用而起到將臺112作為向圖中箭頭X軸方向驅(qū)動的線性馬達的功能。同樣，Y方向線性馬達構(gòu)造部125A、125B和Y方向用磁鐵116相互作用而起到將臺112作為向圖中箭頭Y軸方向驅(qū)動的線性馬達的功能。
即，在該實施方式中，是在X、Y兩方向上分別配置各兩組線性馬達的結(jié)構(gòu)。通過該結(jié)構(gòu)，能夠在裝置中央部分確保較大的空間，能夠?qū)z測裝置124設(shè)置在該位置上。另外，在本實施方式中，做成了將刻度部113配設(shè)在臺112上、將檢測機構(gòu)114配設(shè)在基座111上的結(jié)構(gòu)。這是因為不需要對刻度部113連接配線。但是，也可以做成將刻度部113配設(shè)在基座111上、將檢測機構(gòu)114設(shè)在臺112上的結(jié)構(gòu)。
此外，在上述被構(gòu)成的驅(qū)動裝置中，如果僅同時向同方向驅(qū)動X方向線性馬達構(gòu)造部120A和X方向線性馬達構(gòu)造部120B，則臺112沿圖中箭頭X軸方向平移運動。
同樣，如果僅同時向同方向驅(qū)動Y方向線性馬達構(gòu)造部125A和Y方向線性馬達構(gòu)造部125B，則臺112沿圖中箭頭Y軸方向平移運動。
此外，通過將成對的各線性馬達構(gòu)造部120A和120B、125A和125B分別向相反方向驅(qū)動，臺112繞圖中箭頭Z軸進行θZ的旋轉(zhuǎn)運動。
這樣，通過將由檢測機構(gòu)114和刻度部113構(gòu)成的檢測裝置124設(shè)在臺裝置110上，能夠由檢測機構(gòu)114檢測臺112的5個自由度的狀態(tài)。
另外，在上述實施方式中，舉使用具備相對于2維方向具有正弦波形狀的基準柵格140的刻度部113的結(jié)構(gòu)為例進行了說明。或者，也可以采用構(gòu)成為相對于基準柵格400的中心軸為對稱的形狀的基準柵格400來代替基準柵格140。
此外，上述實施方式不僅能夠應用在半導體制造裝置中，還能夠廣泛應用于微型機械、IT用光通信部件等今后需要細微加工的領(lǐng)域中。即，目前的微型機械制造技術(shù)大多利用半導體制造技術(shù)，通過使用本發(fā)明，能夠制造更細微且多樣的微型機械。進而，在激光加工的領(lǐng)域中，要求有以超微的精度超高速地運動的臺。
接著，圖27是表示適用于本發(fā)明的一實施方式的檢測裝置的臺裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。另外，在該實施方式的以下的說明中，為了便于說明后述的透射型檢測裝置22的結(jié)構(gòu)及動作原理，將對透明體角度柵格30照射光的方向設(shè)為Z方向，在圖27中將左右方向設(shè)為Z方向進行說明。
如圖27所示，臺裝置10具有基座12、相對于基座12可移動地設(shè)置的第1臺14、裝載在第1臺14上且可向左右方向移動地設(shè)置的第2臺16、并進驅(qū)動第1臺14的兩端的一對線性馬達(驅(qū)動機構(gòu))18、20、配置在線性馬達18的附近的透射型檢測裝置22、驅(qū)動第2臺16的線性馬達24、以及與線性馬達24平行地配置的直線檢測位置26。
透射型檢測裝置22構(gòu)成本發(fā)明的主要部分，如后述那樣構(gòu)成為，以第1臺14的移動位置為主檢測對象，同時也能夠檢測作為相對于移動方向(X方向)以外的方向的運動誤差原因的上下方向(Y方向)、繞各軸的角度θx、θy、θz。
由透射型檢測裝置22及X直線檢測位置26檢測到的檢測信號由坐標變換器27坐標變換而輸入到控制裝置28中?？刂蒲b置28具有根據(jù)預先設(shè)定的運算式計算向線性馬達18、20、24供給的控制量的運算機構(gòu)(控制程序)，將由計算得到的控制信號輸出給各伺服放大器29a～29c。并且，由各伺服放大器29a～29c放大后的驅(qū)動信號被向線性馬達18、20、24供給而驅(qū)動線性馬達18、20、24。
此外，在透射型檢測裝置22中，如后所述，能夠檢測第1臺14的X、Y方向的位移及θz方向的傾斜角度。因此，通過控制裝置28，能夠根據(jù)由透射型檢測裝置22檢測到的各方向的檢測數(shù)據(jù)而高精度地并進驅(qū)動線性馬達18、20，以使第1臺14不會傾斜。
這里，參照圖28對用于透射型表面編碼器的透射型檢測裝置22的結(jié)構(gòu)進行說明。
如圖28所示，透射型檢測裝置22具有在第1臺14的移動方向上延伸形成的透明體角度柵格(基準柵格)30、將透明體角度柵格30保持為垂直狀態(tài)的透明基板32、朝向透明體角度柵格30發(fā)出多束平行光的發(fā)光部34、和對透射透明體角度柵格30的多束平行光進行受光的受光部36。
透明基板32由透明的玻璃板等構(gòu)成，以垂直狀態(tài)固定在作為固定側(cè)的基座12上。并且，在透明基板32的表面上固接有透明體角度柵格30。透明體角度柵格30及透明基板32由于由透明材料形成，所以具有從發(fā)光部34照射的光會透射的性質(zhì)。
此外，透明體角度柵格30如圖29中放大表示的那樣，在表面上形成有檢測面30a，該檢測面30a在2維方向上交替地形成有具有預定的正弦波形狀的輪廓的立體的凹曲面和凸曲面。該檢測面30a的凹凸形狀例如可以通過推壓金屬模而均勻且高精度地形成細微的凹曲面、凸曲面。
發(fā)光部34設(shè)置為與透明體角度柵格30的表面的鉛直方向?qū)χ?。此外，受光?6設(shè)置為與透明體角度柵格30的背面的鉛直方向?qū)χ?。并且，發(fā)光部34及受光部36由固定在作為可動側(cè)的第1臺14上的托架(未圖示)一體地支撐，并且被保持為經(jīng)由透明體角度柵格30及透明基板32而正對。
因此，發(fā)光部34及受光部36如果與第1臺14一起被向Y方向驅(qū)動，則成為相對于透明體角度柵格30及透明基板32移動。此時，從發(fā)光部34發(fā)出的多束平行光由檢測面30a的凹曲面和凸曲面折射并透射，由受光部36受光。在受光部36中，如后述那樣，以預定間隔設(shè)有對從發(fā)光部34發(fā)出的多束平行光進行受光的多個受光元件。并且，根據(jù)來自發(fā)光部34的光透射檢測面30a的凹曲面和凸曲面的位置而折射率發(fā)生變化，而能夠根據(jù)在受光部36中的各光的受光強度分布的變化來求出發(fā)光部34及受光部36相對于透明體角度柵格30的移動量。
圖30是從X方向觀察圖28的透射型檢測裝置22的結(jié)構(gòu)的構(gòu)成圖。
如圖30所示，發(fā)光部34例如將來自由激光二極管的光源34a的光分光為多束(例如n＝9條)平行光，在光源34a的出射面上安裝有具有作為分光機構(gòu)的柵格圖案的正方形的分光板38。
圖31是將分光板38的柵格圖案的一例放大表示的圖。如圖31所示，分光板38在X方向及Y方向的2維平面上將9個微小開口38A～38I以預定的間隔LF形成為柵格狀。分光板38用來通過微小開口38A～38I將從光源34a照射的光40分光為9束光421～429。
另外，在圖31中，舉在分光板38上設(shè)有9個微小開口38A～38I的結(jié)構(gòu)的例進行了說明，但對于微小開口的配置數(shù)及間隔可以任意地設(shè)定，例如也可以將微小開口在X方向及Y方向上配設(shè)10×10個。因而，由分光板38分光的光的數(shù)量(換言之，照射在受光部36上的光斑數(shù))可以通過選擇微小開口的配置數(shù)而設(shè)定為任意的數(shù)量。
微小開口38A～38I形成為與形成在檢測面30a上的凹曲面及凸曲面的配設(shè)間距F相同的尺寸。此外，通過分光板38的微小開口38A～38I的9束光421～429成為平行光而照射在透明體角度柵格30的檢測面30a上，所以以與透明體角度柵格30的配設(shè)間距F等間隔(或者由通過開口部38A～38I時的衍射而以配設(shè)間距F的整數(shù)倍的間隔)生成多光斑。
此外，透射透明體角度柵格30的9束光421～429由配置在受光部36的前面的物鏡44聚光到受光部36的受光面36a上。
如圖32所示，在受光部36的受光面36a上，設(shè)有對透射透明體角度柵格30的9束光421～429進行受光的光敏二極管51～59。
接著，參照圖32對受光部36進行說明。圖32中由虛線表示的圓標記表示到達了各個光敏二極管51～59的光421～429的多光斑。設(shè)在受光部36的受光面36a上的光敏二極管51～59輸出對應于光421～429的受光強度的檢測信號。光敏二極管51～59中的配置在受光面36a的四角上的光敏二極管51、53、57、59由組合了一對受光元件的2分割PD構(gòu)成，配置在受光面36a的中央的光敏二極管55由組合了4個受光元件的4分割PD構(gòu)成。
配置在受光面36a的左上的2分割PD51是形成為三角形狀的受光元件(51a、51b)為一組，來檢測光421的光強度的，被配置在右上的角部的2分割PD53是形成為三角形狀的受光元件(53a、53b)為一組，檢測光423的光強度，配置在左下的角部的2分割PD57是形成為三角形狀的受光元件(57a、57b)為一組，檢測光427的光強度，配置在右下的角部的2分割PD59是形成為三角形狀的受光元件(59a、59b)為一組，檢測光429的光強度。
此外，配置在受光面36a的中央的4分割PD55排列設(shè)置為，使4個受光元件55a～55d在X方向及Y方向上成為各兩列，通過4個受光元件55a～55d檢測照射在中央的425的光強度。配置在受光面36a的4邊的中間的、光敏二極管52、54、56、58分別檢測光422、424、426、428的光強度。在本實施方式中，根據(jù)由具有上述9個光敏二極管51～59的受光部36檢測到的光421～429的強度分布的變化，進行第1臺14的位置及傾斜角度的檢測。
接著，對透射型檢測裝置22的模擬結(jié)果進行說明。
在使用透明體角度柵格30的模型中，透明體角度柵格30的檢測面30a的表面形狀如式(8)所示，是使正弦波2維地疊加的凹曲面和凸曲面。
h(x,y)=-Axcos(2πxPx)-Aycos(2πxPy)...(8)]]>這里，透明體角度柵格形狀的間距Px、Py為100μm以下的量級，振幅Ax、Ay為100nm以下的量級，如果使光入射到其中則發(fā)揮衍射柵格那樣的作用。所以，這里在建立檢測裝置22的模型時，將光作為波來處理，通過計算振幅、相位來解析。即，這里使用的不是幾何光學的模型而是波動光學的模型。
如圖33所示，假設(shè)光從透明體角度柵格30的鉛直方向大致垂直地入射到位置(x，y)。此時，如果從面∑1前進到面∑2，則光在僅前進距離2A-h(x，y)后，在透明體角度柵格30內(nèi)僅前進距離h(x，y)，透射透明體角度柵格30。如果設(shè)透明體角度柵格30的折射率為n、設(shè)透明體角度柵格30外的折射率為1，則該光從面∑1前進到面∑2時的光路長L如式(9)那樣表示。
L＝2A-h(x，y)+n·h(x，y)……(9)由于在從面∑1前進到面∑2時光路長僅有L，所以相位延遲了對其乘以波數(shù)k(＝2π/λ，λ光的波長)后的kL。由此，透明體角度柵格30所具有的相位函數(shù)G(x，y)如下述的式(10)那樣表示。
G(x，y)＝e-ikL＝e-ik{2A-h(x,y)+n·h(x,y)}＝e-ik(n-1)h(x，y)·e-i2kA……(10)由于常數(shù)項e-i2kA可以忽略，所以G(x，y)可以如式(11)這樣來表示。
G(x，y)＝e-ik(n-1)h(x，y)……(11)當在透明體角度柵格30中產(chǎn)生X方向、Y方向的位移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)時，可以將式(11)如下述式(12)那樣地表現(xiàn)。
G(x，y)＝e-ik(n-1)h(x′+Δx，y′+Δy)x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθzxy...(12)]]>以上是透明體角度柵格30的模型的模擬結(jié)果。
接著，對使用透明體角度柵格30的透射型檢測裝置22的光學系統(tǒng)進行說明。
如圖30所示，在透射型檢測裝置22的光學系統(tǒng)中，從激光源(LD)34a射出的平行光421～429入射到具有微小開口38A～38I的柵格狀的分光板38上。由分光板38的各微小開口38A～38I衍射的光相互干涉，并在透明體角度柵格30上以與柵格圖案的開口間隔相同的間隔生成波峰豎立的平行光421～429(多束)。平行光421～429在透射透明體角度柵格30后，由物鏡44聚光到受光部36的受光面36a上。
為了求出該光學系統(tǒng)的受光部36的受光面36a上的強度分布，這里將光學系統(tǒng)分為各個要素，使用對各個要素所具有的光波的振幅項和相位項施加影響的函數(shù)。采用根據(jù)這些函數(shù)依次計算ua、ua’、……、ud的方法。該光學系統(tǒng)由發(fā)光元件34、分光板38、透明體角度柵格30、物鏡44、以及各要素間的光波傳播空間構(gòu)成。
以下依次對這些函數(shù)進行說明。假設(shè)發(fā)光部34發(fā)出其強度分布符合高斯分布的平行光ua。即，平行光ua是在同一面內(nèi)相位統(tǒng)一的光波。忽視相位項，設(shè)為在振幅項中取高斯分布式的開方的值。發(fā)光部34的函數(shù)如下述的式(13)那樣定義。
ua(x,y)=ex2+y22σ2]]>(其中，σ＝1200μm)……(13)分光板38使入射到柵格圖案的各微小開口38A～38I中的光透射，而將其他的光遮擋。分光板38的透射函數(shù)g(x，y)由下述的式(14)表示。
透明體角度柵格30的相位函數(shù)如上述那樣。
物鏡44具有如果入射了平面波則使其成為球面波的作用。物鏡44的相位函數(shù)L(x，y)由式(15)表示。
L(x,y)=eik(f2+x2+y2-f)...(15)]]>
光的空間的傳播用菲涅爾衍射的公式考慮。從面∑1射出的光傳播到離開僅為距離z的面∑2。此時，菲涅爾衍射的公式由下述的式(16)表示。
u(x,y)=∫∫u0(x0,y0)ie-ikz2+(x-x0)2+(y-y0)2λz2+(x-x0)2+(y-y0)2dx0dy0...(16)]]>這里，u0(x0，y0)表示面∑1上的波面，u(x，y)表示面∑2上的波面，i表示虛數(shù)單位，λ表示光的波長。
式(16)是卷積積分，如下述的式(10)那樣可以變形為使用傅立葉變換的形式。這里，F(xiàn)[v(x，y)]表示v(x，y)的傅立葉變換，F(xiàn)-1[ω(x，y)]表示ω(x，y)的逆傅立葉變換。
u(x,y)=u0(x,y)*ie-ikz2+x2+y2λz2+x2+y2]]>=F-1[F[u0(x,y)·F[ie-ikz2+x2+y2λz2+x2+y2]]...(17)]]>根據(jù)以上，匯總透射型檢測裝置22的模型，求出受光部36的受光面36a的強度分布I(x，y)。受光面36a的強度分布I(x，y)由下述的式(18)表示。

ua′(x，y)＝ua(x，y)·g(x，y)ub(x,y)=F-1[F[ua′(x,y)]·F[ie-ikz02+x2+y2λz02+x2+y2]],ub′(x,y)=ub(x,y)·G(x,y)]]>uc(x,y)=F-1[F[ub′(x,y)]·F[ie-ikz12+x2+y2λz12+x2+y2]],uc′(x,y)=uc(x,y)·L(x,y)]]>ud(x,y)=F-1[F[uc′(x,y)]·F[ie-ikz22+x2+y2λz22+x2+y2]],I(x,y)=|ud(x,y)|2...(18)]]>如果進行受光部36的受光面36a的強度分布I(x，y)的模擬，則可得到圖34那樣的結(jié)果。將按照式(18)計算強度分布I(x，y)的結(jié)果在圖34中表示。
接著，對使用4分割PD55的位置檢測方法進行說明。
可知與相對于透明體角度柵格30的X方向、Y方向的位移相對應，光421～429的光斑強度分別僅在X方向、Y方向上波峰的高度變化。利用該原理，能夠使用圖35所示的4分割PD55檢測這些位移。以下說明其檢測原理及模擬結(jié)果。
4分割PD55如上所述，是將4個受光元件55a～55d在X、Y方向上組合各兩列而成的，與設(shè)置4個光敏二極管的情況實質(zhì)上相同。
在圖35中，如果設(shè)X方向、Y方向的傳感器輸出為SX、SY，則利用圖35所示的I1～I4，分別如以下那樣定義受光元件55a～55d的輸出。
SX=100·I3+I4-I1-I2I1+I2+I3+I4(%)...(19)]]>SY=100·I2+I3-I1-I4I1+I2+I3+I4(%)...(20)]]>
進而，如圖36所示，通過使用兩根探測器，能夠根據(jù)X、Y位移的相對的位置關(guān)系求出θz方向的旋轉(zhuǎn)角。
這里，對使用多元件型PD的位置姿勢的檢測方法進行說明。
與使用上述4分割PD55的檢測方法不同，通過使用多元件型PD來檢測光斑的波峰的一個個的動作，能夠檢測更多的自由度。在受光部36的受光面36a(參照圖32)上，在XY方向上以一定的周期排列有多個波峰。在該有多個的波峰之中，對于中心的9個波峰配置圖37所示那樣的光敏二極管51～54、56～59。該受光部36在受光面36a的4邊上配置1個元件的光敏二極管52、54、56、58，在受光面36a的四角上配置將正方形斜向切開的2分割PD51、53、57、59。對于使用由該多元件型PD構(gòu)成的受光部36來檢測位置、姿勢的3自由度的方法，以下依次對XY位置的檢測方法、θz的檢測方法進行說明。
首先，對XY位置的檢測方法進行說明。
圖38(A)～(E)作為一例而表示檢測圖28的透射型檢測裝置的X方向的位移的方法。如果在X方向上產(chǎn)生位移，則如圖38(A)～(E)所示，在光敏二極管51～54、56～59上，光斑的波峰僅關(guān)于X方向而發(fā)生高度分布變化。設(shè)受光部36的X方向的傳感器輸出為SX。利用配置在受光面36a的X方向兩邊的中間位置上的光敏二極管54、56的強度檢測值IX1、IX2，通過式(21)的計算求出受光部36的傳感器輸出SX。
在Y方向上也同樣設(shè)受光部36的Y方向的傳感器輸出為SY。利用配置在受光面36a的Y方向兩邊的中間位置上的光敏二極管52、58的強度檢測值IY1、IY2，通過式(22)的計算求出受光部36的X方向的傳感器輸出SY。

SX=100·IX2-IX1IX1+IX2...(%)...(21)]]>SY=100·IY2-IY1IY1+IY2(%)...(22)]]>接著，對繞Z軸的θz方向的檢測方法進行說明。
如果θz發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，則光421～429的全部光斑以光斑中心的波峰為軸僅旋轉(zhuǎn)相同的θz。這里，通過使用配置在受光面36a的四角上的2分割PD51、53、57、59的8個受光元件檢測光斑強度變化，能夠檢測θz。圖39(A)～(C)中表示圖28的透射型檢測裝置的XY位置的檢測方法的檢測原理。如果設(shè)2分割PD51、53、57、59的8個受光元件51a、51b、53a、53b、57a、57b、59a、59b的輸出為Iθz1、Iθz2、Iθz3、Iθz4、Iθz5、Iθz6、Iθz7、Iθz8，則受光部36的θz方向的輸出Sθz由下述的式(23)求出。
SθZ=100·(Iθz2+Iθz4+Iθz6+Iθz8)-(Iθz1+Iθz3+Iθz5+Iθz7)(Iθz1+Iθz3+Iθz5+Iθz7)+(Iθz2+Iθz4+Iθz6+Iθz8)(%)...(23)]]>圖40表示本實施方式的透射型檢測裝置的光學系統(tǒng)的變形例。
如圖40所示，透射型檢測裝置22中的基準柵格也可以是將一對透明體角度柵格30的背面彼此背靠背地貼合在透明基板32的表面及背面上的結(jié)構(gòu)。即，該基準柵格具備透明基板32、配設(shè)在透明基板32的表面上的第1基準柵格30、和以配設(shè)在透明基板32的背面上與第1基準柵格30呈180度的朝向的第2基準柵格30。通過將該基準柵格用在透射型檢測裝置22的光學系統(tǒng)中，而能夠得到除了Z方向以外的X方向和Y方向的位置、以及繞各軸的旋轉(zhuǎn)角θx、θy、θz的檢測信號。
接著，參照圖41說明用作反射型表面編碼器的反射型檢測裝置70的結(jié)構(gòu)。
如圖41所示，反射型檢測裝置70具備透明體角度柵格(基準柵格)30，在第1臺14的移動方向上延伸形成；基板74，形成有將透明體角度柵格30保持為垂直狀態(tài)的反射面(反射鏡)74a；光傳感器單元76，朝向透明體角度柵格30發(fā)出多束平行光，并對來自反射面74a的反射光進行受光。光傳感器單元76具有發(fā)出多束平行光的發(fā)光部(未圖示)、和對透射透明體角度柵格30而由反射面74a反射的多束反射光進行受光的受光部(未圖示)。
在反射型檢測裝置70中，由于是在與透明體角度柵格30的檢測面30a對置側(cè)設(shè)有光傳感器單元76的結(jié)構(gòu)，所以與上述圖28的透射型檢測裝置相比能夠使透明體角度柵格30接近于線性馬達18，在這部分距離線性馬達18較近的位置能夠檢測X方向、Y方向以及繞各軸的角度θx、θy、θz。
這里，對反射型檢測裝置70的狀態(tài)檢測的原理進行說明。
圖42中表示貼附在反射面74a上的透明體角度柵格30的模型。透明體角度柵格30的檢測面30a的形狀與上述圖28的透射型檢測裝置相同，如式(24)所示的，使正弦波2維地疊加而成。
h(x,y)=-Axcos[2πxPx]-Aycos[2πyPy]...(24)]]>這里，透明體角度柵格30的表面形狀的間距Px、Py是100μm以下的量級，并且振幅Ax、Ay是100nm以下的量級，如果對其入射光則發(fā)揮衍射柵格那樣的作用。所以，這里與上述圖28的透射型檢測裝置相同，在建立反射型檢測裝置70的模型時將光作為波處理，通過計算振幅、相位來解析。即，這里使用的不是幾何光學的模型，而是波動光學的模型。
此外，在以下的說明中，如圖42所示，假設(shè)光從透明體角度柵格30的鉛直方向入射到位置(x，y)。此時，如果從面∑前進到基板74的反射面74a，則光在前進距離僅為2A-h(x，y)后，入射到透明體角度柵格30內(nèi)，僅前進距離h(x，y)。并且，由反射面74a反射的光再次沿著相同的光路，前進到面∑。
此外，圖43中表示光被反射面74a反射時原樣透射的假想的模型。此時，如果設(shè)透明體角度柵格30的折射率為n、設(shè)透明體角度柵格30外的折射率為1，則該光從面∑入射、再次前進到面∑(在圖43中是∑’)時的光路長L如式(25)那樣表示。
L＝2{2A-h(x，y)}+n·2h(x，y)……(25)由于從面∑再次前進到面∑時光路長僅有L，所以相位延遲了對其乘以波數(shù)k(＝2π/λ，λ光的波長)后的kL。由此，透明體角度柵格30所具有的相位函數(shù)Gr(x，y)如下述的式(26)那樣表示。
Gr(x，y)＝e-ikL＝e-ik2{2A-h(x，y)+n·h(x，y)}……(26)＝e-ik2(n-1)h(x，y)·e-i4kA由于常數(shù)項e-i4kA可以忽視，所以Gr·(x，y)可以如式(27)這樣表示。
Gr(x，y)＝e-i2k(n-1)h(x，y)……(27)當在透明體角度柵格30中產(chǎn)生X方向、Y方向的位移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)時，可以將式(27)如下述式(28)那樣表現(xiàn)。
Gr(x,y)=e-i2k(n-1){h(x′+Δx,y′+Δy)θY·x+θx·y}]]>x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθzxy...(28)]]>以上是貼附在反射面74a上的透明體角度柵格30的模型。
圖44表示圖41的反射型檢測裝置70的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。另外，在圖44中，對與上述圖28的透射型檢測裝置相同的部分賦予相同的標號。
光傳感器單元76由于是具有發(fā)光部34和受光部36的結(jié)構(gòu)，所以與將發(fā)光部34和受光部36分體地設(shè)置的結(jié)構(gòu)相比，能夠使裝置整體小型化。從發(fā)光部34的激光源(LD)34a射出的平行光40入射到以一定周期2維地排列有微小開口的分光板38上。
在分光板38上，由柵格圖案的各微小開口38A～38I衍射的光相互干涉，透射偏向束分離器(PBS)78和1/4波長板80。并且，在透明體角度柵格30上，以與柵格圖案的開口間隔相同的間隔生成波峰豎立的9條平行光421～429。
進而，透射透明體角度柵格30而由反射面74a反射、再次透射透明體角度柵格30后，被偏向束分離器78向90度的方向反射，由物鏡44聚光到受光部36的受光面36a上。
與上述圖28的透射型檢測裝置中說明的方法同樣，匯總反射型檢測裝置70的模型，求出受光部36的受光面36a上的強度分布I(x，y)。該實施方式的受光面36a的強度分布I(x，y)由下述的式(29)表示。
ua′(x，y)＝ua(x，y)·g(x，y)ub(x,y)=F-1[F[ua′(x,y)]·F[ie-ikz02+x2+y2λz02+x2+y2]],ub′(x,y)=ub(x,y)·Gr(x,y)]]>uc(x,y)=F-1[F[ub′(x,y)]·F[ie-ikz12+x2+y2λz12+x2+y2]],uc′(x,y)=uc(x,y)·L(x,y)]]>ud(x,y)=F-1[F[uc′(x,y)]·F[ie-ikz22+x2+y2λz22+x2+y2]],I(x,y)=|ud(x,y)|2...(29)]]>接著，參照圖45對使用反射面角度柵格的反射型檢測裝置90的結(jié)構(gòu)進行說明。
如圖45所示，反射型檢測裝置90具備反射面角度柵格(基準柵格)92，在第1臺14的移動方向上延伸形成；基板94，用于將反射面角度柵格92保持為垂直狀態(tài)；光傳感器單元76，朝向反射面角度柵格92發(fā)出多束平行光，并對反射光進行受光。反射面角度柵格92在檢測面92a的表面上形成有反射光的反射膜。光傳感器單元76具有發(fā)出多束平行光的發(fā)光部(未圖示)、和對由反射面角度柵格92的檢測面92a反射的多束反射光進行受光的受光部(未圖示)。
在反射型檢測裝置90中，由于是在與反射面角度柵格92的檢測面92a對置側(cè)設(shè)置光傳感器單元76的結(jié)構(gòu)，所以與上述圖28的透射型檢測裝置相比能夠使反射面角度柵格92接近于線性馬達18，在這部分距離線性馬達18較近的位置能夠檢測X方向、Y方向以及繞各軸的角度θx、θy、θz。
這里，對反射型檢測裝置90的狀態(tài)檢測的原理進行說明。
圖46表示反射面角度柵格92的模型。反射面角度柵格92的形狀與上述圖28的透射型檢測裝置同樣，如式(30)所示，是使正弦波2維地疊加而成的。
h(x,y)=-Axcos(2πxPx)-Aycos(2πyPy)...(30)]]>這里，反射面角度柵格92的表面形狀的間距Px、Py是100μm以下的量級，并且振幅Ax、Ay是100nm以下的量級，如果對其入射光則起到衍射柵格那樣的作用。所以，這里在建立編碼器的模型時將光作為波處理，通過計算振幅、相位來解析。即，這里使用的不是幾何光學的模型，而是波動光學的模型。
如圖46所示，假設(shè)光從反射面角度柵格92的上方垂直地入射到位置(x，y)。此時，光從面∑前進了距離2A-h(x，y)后，被形成在反射面角度柵格92的檢測面82上的反射膜反射。此外，光從面∑入射、再次前進到面∑(在圖2中是∑’)時的光路長L如式(31)那樣表示。
L＝2{2A-h(x，y)}……(31)由于從面∑再次前進到面∑時光路長僅有L，所以相位延遲了對其乘以波數(shù)k(＝2π/λ，λ光的波長)后的kL。由此，反射面角度柵格92所具有的相位函數(shù)Gr(x，y)如下述的式(32)那樣表示。
Gr(x，y)＝e-ikL＝e-ik2{2A-h(x，y)}＝e-ik2h(x，y)·e-i4kA……(32)
由于常數(shù)項e-i4kA可以忽視，所以Gr(x，y)可以如式(33)這樣表示。
Gr(x，y)＝e-i2kh(x，y)……(33)當在反射面角度柵格92中產(chǎn)生X方向、Y方向的位移和繞Z軸的旋轉(zhuǎn)時，可以將式(33)如下述式(34)那樣表現(xiàn)。
Gr(x,y)=e-i2k{h(x′+Δx,y′+Δy)+θY·x+θY·y}]]>x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθzxy...(34)]]>以上對反射面角度柵格92的模型進行了說明。
圖47表示圖45的反射型檢測裝置(反射型表面編碼器)的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。另外，在圖47中，對與上述圖41的反射型檢測裝置相同的部分賦予相同的標號。
如圖47所示，光傳感器單元76由于是具有發(fā)光部34和受光部36的結(jié)構(gòu)，所以與將發(fā)光部34和受光部36分體地設(shè)置的結(jié)構(gòu)相比，能夠使裝置整體小型化。從發(fā)光部34的激光源(LD)34a射出的平行光40入射到以一定周期2維地排列有微小開口的分光板38上。
在分光板38上，由柵格圖案的各微小開口38A～38I衍射的光相互干涉，并透射偏向束分離器(PBS)78和1/4波長板80。并且，在透明體角度柵格30上，以與柵格圖案的開口間隔相同的間隔生成波峰豎立的9條平行光421～429。
進而，被反射面角度柵格92的檢測面92a的反射膜反射、由偏向束分離器78向90度的方向反射，由物鏡44聚光到受光部36的受光面36a上。
與上述圖28的透射型檢測裝置中所述的方法相同，匯總反射型檢測裝置90的模型，求出受光部36的受光面36a的強度分布I(x，y)。該實施方式的受光面36a的強度分布I(x，y)由下述的式(35)表示。
ua′(x，y)＝ua(x，y)·g(x，y)ub(x,y)=F-1[F[ua′(x,y)]·F[ie-ikz02+x2+y2λz02+x2+y2]],ub′(x,y)=ub(x,y)·Gr(x,y)]]>uc(x,y)=F-1[F[ub′(x,y)]·F[ie-ikz12+x2+y2λz12+x2+y2]],uc′(x,y)=uc(x,y)·L(x,y)]]>ud(x,y)=F-1[F[uc′(x,y)]·F[ie-ikz22+x2+y2λz22+x2+y2]],I(x,y)=|ud(x,y)|2...(35)]]>圖48是表示在本發(fā)明的一實施方式的反射型檢測裝置中使用的光傳感器單元100的結(jié)構(gòu)的圖。另外，在圖48中，對于與上述圖44的光傳感器單元76相同的部分賦予相同的標號而省略說明。
如圖48所示，光傳感器單元100具有發(fā)光部34和受光部36，從發(fā)光部34的激光光源(LD)34a射出的平行光40入射到起到作為分光機構(gòu)的功能的透明體角度柵格102的入射面102a上。
透明體角度柵格102的入射面102a構(gòu)成為與上述的透明體角度柵格30的檢測面30a同樣的形狀。即，在入射面102a上，在2維方向上交替地形成在表面上具有預定的正弦波形狀的輪廓的立體的凹曲面和凸曲面。該入射面102a的凹凸形狀通過與上述的透明體角度柵格30同樣的方法均勻、且高精度地形成細小的凹曲面、凸曲面。
發(fā)光部34設(shè)置為，相對于透明體角度柵格102的入射面102a從鉛直方向?qū)χ谩陌l(fā)光部34射出的平行光40由于照射在入射面102a上，所以通過入射面102a的凹曲面及凸曲面起到作為細小的透鏡的功能，被分光為由凹曲面擴散的光和由凸曲面集聚的光重合的多束光。此時的被分光的光的數(shù)量及間距可以通過凹曲面及凸曲面的曲率半徑而有選擇地設(shè)定。
因而，通過使用透明體角度柵格102代替上述分光板38作為分光機構(gòu)，能夠進行比分光板38更精密的分光。
由透明體角度柵格102分光后的光透射偏向束分離器(PBS)78和1/4波長板80。并且，在透明體角度柵格30上，以預定的間隔生成波峰豎立的平行光421～42n。
進而，透射透明體角度柵格30而由反射面74a反射、再次透射透明體角度柵格30后，被偏向束分離器78向90度的方向反射，由物鏡44聚光到受光部36的受光面36a上。
此外，通過在受光部36的受光元件中采用多元件型PD(參照圖32)及CCD元件，除了XY位置以外，還能夠計測因傾斜、旋轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)等的繞各軸的轉(zhuǎn)動帶來的傾斜姿勢。
以上詳細地說明了本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于這些實施方式，在權(quán)利要求書記載的本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以進行各種變形、變更。
工業(yè)實用性本發(fā)明可以應用在能夠使用容易制造的形狀的基準柵格容易地進行臺的5個自由度的狀態(tài)的檢測、并且能夠提高檢測的精度的檢測裝置及臺裝置。
在上述實施方式中，以檢測臺的位置的檢測裝置為一例進行了說明，但并不限于此，當然能夠檢測其他可動體的移動位置及伴隨著移動的狀態(tài)(傾斜)。
此外，作為檢測裝置，例如除了線性編碼器以外也可以使用旋轉(zhuǎn)編碼器，進而，作為臺裝置以外的裝置，也可以應用在硬盤裝置及DVD裝置中。
此外，也能夠應用在鼠標等的個人電腦的輸入裝置及電腦游戲裝置的輸入裝置中。
進而，由于也能夠應用在物流關(guān)系的對象物信息(例如貨物的位置信息)及商品的2維條碼的檢測裝置中，所以也能夠應用于與IC標簽同等高密度的光標簽中。
權(quán)利要求
1.一種檢測裝置，其特征在于，具備基準柵格，具有在2維方向上周期性地變化的形狀；光源，向上述基準柵格照射光；分光機構(gòu)，具有多個開口部，通過上述多個開口部將從上述光源照射的光分光為多束光；檢測機構(gòu)，具有對由上述基準柵格反射的多束反射光一齊受光的受光元件；并且，上述檢測機構(gòu)根據(jù)上述受光元件受光的上述多束反射光的變化，檢測相對上述基準柵格的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，上述受光元件由多個光敏二極管構(gòu)成；在對上述多束反射光進行受光的上述檢測機構(gòu)的面的中央，至少具有進行以X軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測、以及以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測的4個光敏二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，在上述檢測機構(gòu)的面的四角至少具有用來進行以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動的狀態(tài)的檢測的兩個為一組的光敏二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，在上述受光元件中使用電荷耦合器件(CCD)。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，上述基準柵格構(gòu)成為相對于上述基準柵格的面內(nèi)兩軸對稱的形狀。
6.一種檢測裝置，其特征在于，具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面照射多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對透射上述基準柵格的上述多束平行光進行受光的多個受光元件。
7.一種檢測裝置，其特征在于，具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；反射面，形成在上述基準柵格的背面上；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面照射多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對從上述反射面反射的多束平行光進行受光的多個受光元件。
8.一種檢測裝置，其特征在于，具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；反射面，形成在上述檢測面上；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面照射多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對從上述反射面反射的多束平行光進行受光的多個受光元件。
9.如權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其特征在于，上述發(fā)光部具有光源、和將來自上述光源的光分光為多束平行光的分光機構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述的檢測裝置，其特征在于，上述分光機構(gòu)具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的入射面。
11.如權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其特征在于，上述受光部具有比上述多束平行光多的個數(shù)的受光元件，對應于1束平行光至少配設(shè)1個受光元件。
12.如權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其特征在于，具備運算機構(gòu)，該運算機構(gòu)被輸入與由上述受光元件受光的上述多束平行光的光強度對應的檢測信號，根據(jù)各光強度分布的變化計算上述發(fā)光部相對于上述基準柵格的相對移動量。
13.如權(quán)利要求12所述的檢測裝置，其特征在于，上述運算機構(gòu)根據(jù)由上述多個受光元件受光的上述多束平行光的光強度分布的變化，計算上述發(fā)光部及受光部相對于上述檢測面的相對傾斜角度。
14.如權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其特征在于，上述基準柵格具備透明基板、配設(shè)在上述透明基板的表面上的第1基準柵格、和使其與上述第1基準柵格構(gòu)成180度的朝向的方式配設(shè)在上述透明基板的背面的第2基準柵格。
15.一種臺裝置，具備基座、在上述基座上移動的臺、驅(qū)動上述臺的馬達、使上述臺相對于基座浮起的浮起裝置、和檢測上述臺的狀態(tài)的檢測裝置，其特征在于，上述檢測裝置具備基準柵格，具有在2維方向上周期性地變化的形狀；光源，朝向上述基準柵格照射光；分光機構(gòu)，具有多個開口部，通過上述多個開口部將從上述光源照射的光分光為多束光；檢測機構(gòu)，具有對由上述基準柵格反射的多束反射光一齊受光的受光元件；并且，上述檢測元件根據(jù)上述受光元件受光的上述多束反射光的變化，檢測相對上述基準柵格的狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求15所述的臺裝置，其特征在于，在上述馬達中使用平面馬達，在上述浮起裝置中使用空氣軸承。
17.一種臺裝置，具備基座、相對于上述基座可移動地配設(shè)的臺、對上述臺賦予驅(qū)動力的驅(qū)動機構(gòu)、檢測上述臺的移動的檢測裝置、和根據(jù)上述檢測裝置的檢測結(jié)果控制上述驅(qū)動機構(gòu)以使上述臺以預定速度移動的控制機構(gòu)，其特征在于，上述檢測裝置具備基準柵格，在表面上具有在2維方向上交替地形成有具有預定的形狀的凹曲面和凸曲面的檢測面；發(fā)光部，相對于上述基準柵格可移動地設(shè)置，從上述基準柵格的鉛直方向朝向上述檢測面發(fā)出多束平行光；受光部，設(shè)置為與上述發(fā)光部一體地移動，具有對透射上述基準柵格的上述多束平行光進行受光的多個受光元件。
18.如權(quán)利要求17所述的臺裝置，其特征在于，上述驅(qū)動機構(gòu)是一對線性馬達，上述控制機構(gòu)并進驅(qū)動上述一對線性馬達。
19.如權(quán)利要求18所述的臺裝置，其特征在于，將上述檢測裝置配設(shè)在上述線性馬達的附近。
全文摘要
本發(fā)明涉及進行高精度移動的臺的狀態(tài)的檢測的檢測裝置及臺裝置，目的是提供一種使用容易制造的形狀的基準柵格、能夠檢測臺的5個自由度的狀態(tài)、并且能夠提高檢測的精度的檢測裝置及臺裝置。通過具備朝向基準柵格照射光的光源部、通過多個開口部將光分光為多束光的分光機構(gòu)、和對多束反射光一齊受光的受光元件的檢測機構(gòu)，根據(jù)多束反射光的變化檢測相對基準柵格的狀態(tài)。
文檔編號G01D5/26GK1977144SQ20058002142
公開日2007年6月6日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者高偉, 清野慧, 富田良幸, 平田徹, 渡邊陽司, 牧野健一 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社