检测装置及台装置的制作方法

专利名称：检测装置及台装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测装置及台装置，特别涉及检测高精度地移动的台的状态的检测装置及台装置。
背景技术：
对应于作为IT技术的根基的半导体设备的高集成化、低价格化，对制造半导体设备的半导体曝光装置的高生产性、高精度化、高速化等的要求变高。对于作为半导体曝光装置的关键组件的台，需要具有10nm左右的精度和几百mm的移动范围的高速多自由度台装置。因此，需要精密地计测台的多自由度位置和姿势，反馈其结果来进行台的定位控制。
作为以往的定位装置的位置计测方式，一般采用光学式线性编码器、激光测长仪及自动准直仪等。这些基本上以1维的长度或姿势测量作为基本原理，通过其多个轴的组合来进行位置或姿势的计测。
此外，在用于高精度计测的激光干涉计中，由于利用激光进行台(定位对象物)的位置的计测，所以有因台被放置的装置内的空气的摇摆等而使计测值的精度降低的问题。此外，在激光干涉计中，由于只能将光学部件置于台的外部，所以为了防止空气的摆动而需要在每个方向上配置作为激光的光路的金属管。因此，有使台装置整体大型化、其结构变得复杂等的问题。
进而，在使台绕Z轴旋转的情况下，有来自台的反射光从干涉计的受光部偏离而不能进行XY方向的位置检测的问题。作为解决这样的问题的检测装置，已知有对基准栅格照射激光、通过2维角度传感器检测由基准栅格(角度栅格)反射的反射光的XY方向的2维角度的检测装置(例如参照专利文献1及专利文献2)。
图1是表示具有基准栅格和2维角度传感器的以往的检测装置的概略图。如图1所示，在以往的检测装置300中，通过1个2维角度传感器290的输出变化来进行XY方向的位置检测。
该2维角度传感器290是检测基准栅格的面的倾斜的传感器，能够检测基准栅格的面的法线方向的变化。因而，能够通过2维角度传感器290检测XY方向(两个方向)的倾斜或法线变化。基准栅格320是在平面上的正交的两个方向(X方向及Y方向)上集合地形成有以已知的函数变化的峰与谷的基准栅格，在基准栅格320的形状中使用正弦波。
接着，参照图2对图1所示的2维角度传感器290进行说明。图2是表示2维角度传感器的图。2维角度传感器290是基于自动准直法的几何光学传感器。
如图2所示，从激光光源310照射的1条激光310通过偏光束分离器302和1/4波长板303，入射到基准栅格320的表面上。由基准栅格320的表面反射的激光312被偏光束分离器302反射，激光312入射到自动准直仪305中。自动准直仪305具有包括物镜306、和检测光斑位置的受光元件307的结构。
专利文献1日本特开平8-199115号公报专利文献2日本专利2960013号公报但是，在上述自动准直法中，需要使处于物镜306的焦点的标板(一般为十字线)在无限远处成像，使由处于物镜306的前面的平面镜反射的平行光成像在共轭于标板面的位置上，根据成像的十字线的面内的位移来读取平面镜的微小的角度位移。因此，需要自动准直仪305等昂贵且复杂的部件，存在检测装置300的成本变高的问题。
此外，为了进行高分辨率的位置检测，基准栅格320与多光斑的周期变短，随之有可能因光的干涉和衍射而使几何光学原理不成立。因此，有难以高精度地进行检测的问题。此外，为了对2维位移(X方向及Y方向的位移)和3个姿势变化(相对于X轴的旋转方向、相对于Y轴的旋转方向、以及相对于Z轴的旋转方向)的5个自由度的状态进行检测，需要3个2维角度传感器300。因而，有难以进行这些传感器间的调节的问题。
进而，在台装置中，在使台移动时一边进行位置检测一边驱动控制设在台的两侧的一对线性马达。为了提高此时的位置检测精度，需要将上述检测装置300做成更紧凑的结构来正确地检测线性马达的移动量及倾斜度。
此外，作为上述以外的检测装置，已知有通过相对于在台的移动方向上延伸形成的缝隙板移动的光传感器光学地检测缝隙数来检测台的位置的直线检测位置。可以使用该直线检测位置检测移动方向的台的位移量。但是，不能使用该直线检测位置检测其他方向的台的位移量(例如上下方向及台的绕各轴的倾斜角度)。
因此，在以往的台装置中，在台的两侧配置一对直线检测位置，根据由一对直线检测位置检测到的检测信号的差计算求出台的偏转角。并且，不检测台的其他方向的倾斜角度，而控制台的移动。
以往的台装置由于根据由直线检测位置得到的移动方向的位置(移动量)驱动控制线性马达，所以不能正确地掌握使台移动时的、其他方向的倾斜状态。因此，有在台倾斜的情况下难以正确地检测出向哪个方向倾斜多少的问题。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种使用容易制造的形状的基准栅格、能够容易地进行台的位移及倾斜角度的检测、并且能够提高检测的精度的检测装置及台装置。
为了解决上述课题，本发明的检测装置的特征在于，具备基准栅格，具有在2维方向上周期地变化的形状；光源，向上述基准栅格照射光；分光机构，具有多个开口部，通过上述多个开口部将从上述光源照射的光分光为多束光；检测机构，具有对由上述基准栅格反射的多束反射光一齐受光的受光元件；并且，上述检测机构根据上述受光元件受光的上述多束反射光的变化，检测相对上述基准栅格的状态。
根据上述检测装置，将由分光机构分光后的多束光照射在基准栅格上，将从基准栅格反射的多束反射光一齐由受光元件受光，检测机构根据多束反射光的变化进行状态的检测。因此，即使在被照射了多束光的基准栅格中的某一个有缺陷时，也能够根据被照射在其他的正常的基准栅格上的多束光的反射光的变化进行状态的检测。与以往的照射1束光、根据其反射光来进行状态的检测的情况相比较，能够更高精度地进行状态的检测。
上述检测装置也可以构成为，上述受光元件由多个光敏二极管构成；在对上述多束反射光进行受光的上述检测机构的面的中央，至少具有进行以X轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测、以及以Y轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测的4个光敏二极管。根据该检测装置，通过在对多束反射光进行受光的检测机构的面的中央设置4个光敏二极管，能够进行以X轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测、以及以Y轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测。
或者，上述检测装置也可以构成为，在上述检测机构的面的四角至少具有用来进行以Z轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测的两个为一组的光敏二极管。根据该检测装置，通过在检测机构的四角设置两个为一组的光敏二极管，能够进行以Z轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测。
或者，上述检测装置也可以构成为，在上述受光元件中使用电荷耦合器件(CCD)。根据该检测装置，通过使用电荷耦合器件(CCD)作为受光元件，能够对由基准栅格反射的多束反射光一齐受光，通过由检测机构检测的多束反射光的变化，检测相对基准栅格的状态。
或者，上述检测装置也可以构成为，上述基准栅格构成为相对于上述基准栅格的中心轴为对称的形状。根据该检测装置，通过将基准栅格构成为相对于基准栅格的中心轴为对称的形状，与以往的在2维方向上具有正弦波的形状的基准栅格相比，能够更容易地制造基准栅格。
为了解决上述课题，本发明的检测装置的特征在于，具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面照射多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对透射上述基准栅格的上述多束平行光进行受光的多个受光元件。
根据该检测装置，由于是将基准栅格配置在发光部与受光部之间的结构，所以能够实现检测装置的简洁化及紧凑化，并且能够根据多束平行光的受光强度分布的变化而正确地检测发光部及受光部相对于基准栅格的相对位置，能够正确地检测对应于基准栅格的检测面的两方向的位移、和对应于基准栅格的各方向的倾斜角度。
上述检测装置也可以构成为，上述发光部具有光源、和将来自上述光源的光分光为多束平行光的分光机构。
或者，上述检测装置也可以构成为，上述分光机构具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的入射面。
或者，上述检测装置也可以构成为，上述受光部具有比上述多束平行光多的个数的受光元件，对应于1束平行光至少配设1个受光元件。
或者，上述检测装置也可以构成为，具备运算机构，该运算机构被输入对应于由上述受光元件受光的上述多束平行光的光强度的检测信号，根据各光强度分布的变化计算上述发光部相对于上述基准栅格的相对移动量。
或者，上述检测装置也可以构成为，上述运算机构根据由上述多个受光元件受光的上述多束平行光的光强度分布的变化，计算上述发光部及受光部相对于上述检测面的相对倾斜角度。
或者，上述检测装置也可以构成为，上述基准栅格具备透明基板、配设在上述透明基板的表面上的第1基准栅格、和使其与上述第1基准栅格构成180度的朝向的方式配设在上述透明基板的背面的第2基准栅格。
此外，为了解决上述课题，本发明的检测装置的特征在于，具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；反射面，形成在上述基准栅格的背面上；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面照射多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对从上述反射面反射的多束平行光进行受光的多个受光元件。进而，为了解决上述课题，本发明的检测装置的特征在于，具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；反射面，形成在上述检测面上；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面照射多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对从上述反射面反射的多束平行光进行受光的多个受光元件。根据这些检测装置，由于是使发光部及受光部对置于基准栅格的反射面、对从反射面反射的多束平行光进行受光的结构，所以能够实现检测装置的简洁化及紧凑化，并且能够根据多束平行光的受光强度分布的变化而正确地检测发光部及受光部相对于基准栅格的相对位置，能够正确地检测对应于基准栅格的检测面的两方向的位移、和对应于基准栅格的各方向的倾斜角度。
此外，为了解决上述课题，本发明的台装置具备基座、在上述基座上移动的台、驱动上述台的马达、使上述台相对于基座浮起的浮起装置、和检测上述台的状态的检测装置，其特征在于，上述检测装置具备基准栅格，具有在2维方向上周期地变化的形状；光源，朝向上述基准栅格照射光；分光机构，具有多个开口部，通过上述多个开口部将从上述光源照射的光分光为多束光；检测机构，具有对由上述基准栅格反射的多束反射光一齐受光的受光元件；并且，上述检测元件根据上述受光元件受光的上述多束反射光的变化，检测对应于上述基准栅格的状态。根据该台装置，通过使用上述检测装置，能够高精度地检测台相对于基座的位移及倾斜角度。
上述台装置也可以构成为，在上述马达中使用平面马达，在上述浮起装置中使用空气轴承。根据该台装置，在马达中使用平面马达、浮起装置中使用空气轴承的台装置中，通过使用上述检测装置，也能够高精度地检测台相对于基座的状态。
此外，为了解决上述课题，本发明的台装置具备基座、可相对于上述基座移动地配设的台、对上述台赋予驱动力的驱动机构、检测上述台的移动的检测装置、和根据上述检测装置的检测结果控制上述驱动机构以使上述台以预定速度移动的控制机构，其特征在于，上述检测装置具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面发出多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对透射上述基准栅格的上述多束平行光进行受光的多个受光元件。根据该台装置，通过发出多束平行光的发光部、和对透射基准栅格或反射的多束平行光受光的受光部，能够正确地进行对应于基准栅格的检测面的台的两方向的位置检测，并且能够同时检测各方向的台的倾斜角度，能够对台进行驱动控制以便高精度地修正台的倾斜。
上述台装置也可以构成为，上述驱动机构是一对线性马达，上述控制机构并进驱动上述一对线性马达。或者，上述台装置也可以构成为，将上述检测装置配设在上述线性马达的附近。
发明效果根据本发明，能够提供使用容易制造的形状的基准栅格、能够容易地进行相对于基座的台的位移及倾斜角度的检测、并且能够提高检测的精度的检测装置及台装置。


图1是表示具有基准栅格与2维角度传感器的检测装置的概略图。
图2是表示2维角度传感器的图。
图3是表示具备本发明的一实施方式的检测装置的台装置的剖视图。
图4是对应于图3所示的区域B的结构部分的俯视图。
图5A是示意地表示可动台的驱动方向与X方向及Y方向驱动器的推进力的关系的俯视图。
图5B是示意地表示可动台的驱动方向与X方向及Y方向驱动器的推进力的关系的俯视图。
图5C是示意地表示可动台的驱动方向与X方向及Y方向驱动器的推进力的关系的俯视图。
图5D是示意地表示可动台的驱动方向与X方向及Y方向驱动器的推进力的关系的俯视图。
图6是对应于图3所示的区域C的结构部分的俯视图。
图7是表示刻度部及检测机构的图。
图8是表示检测机构的概略结构和刻度部的图。
图9是分光板的俯视图。
图10是从箭头G所示的方向观察图8所示的检测机构的图。
图11是表示在模拟中使用的检测机构的模型的图。
图12是用来说明基准栅格的相位函数的图。
图13是表示模拟了光斑强度分布I(x，y)的变化的结果的图。
图14A是从X1方向观察移动体(可动台237)相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图14B是从X1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图14C是从X1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图14D是从X1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图14E是从X1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图15A是从Y1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图15B是从Y1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图15C是从Y1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图15D是从Y1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图15E是从Y1方向观察移动体相对于基准栅格在X方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
图16A是从Z1方向观察移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图16B是从Z1方向观察移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图16C是从Z1方向观察移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图16D是从Z1方向观察移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图16E是从Z1方向观察移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图17A是从X1方向观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图17B是从X1方向观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图17C是从X1方向观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图18A是将位于图17A的中心的光斑强度分布放大的图。
图18B是将位于图17B的中心的光斑强度分布放大的图。
图18C是将位于图17C的中心的光斑强度分布放大的图。
图19A是从Y1方向观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图19B是从Y1方向观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图19C是从Y1方向观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。
图20A是将位于图19A的中心的光斑强度分布放大的图。
图20B是将位于图19B的中心的光斑强度分布放大的图。
图20C是将位于图19C的中心的光斑强度分布放大的图。
图21是用来说明移动体相对于基准栅格向X轴方向发生变位时的检测方法的图。
图22是用来说明移动体相对于基准栅格以Y轴为旋转轴发生了旋转时的检测方法的图。
图23是用来说明移动体相对于基准栅格以Z轴为旋转轴旋转时的检测方法的图。
图24是表示本发明的一实施方式的基准栅格的变更例的立体图。
图25是表示本发明的一实施方式的台装置的分解立体图。
图26是部分切开来表示组装后的状态的台装置的立体图。
图27是表示适用于本发明的一实施方式的检测装置的台装置的概略结构的图。
图28是表示本发明的一实施方式的透射型检测装置的结构的立体图。
图29是将多束光照射在透明体角度栅格的检测面上的状况放大表示的立体图。
图30是从X方向观察图28的透射型检测装置的结构的图。
图31是将分光板的栅格图案的一例放大表示的图。
图32是将配置有多个光敏二极管的受光面放大表示的图。
图33是表示光入射到透明体角度栅格的位置(x，y)上的模型的图。
图34是表示图28的透射型检测装置的强度分布I(x，y)的模拟结果的曲线图。
图35是将4分割PD55放大表示的图。
图36是用来说明根据X、Y位移的相对位置关系也能求出θz方向的旋转的方法的图。
图37是用来说明受光部中的多个光敏二极管的配置的图。
图38是用来说明检测图28的透射型检测装置的X方向的位移的方法的图。
图39是用来说明图28的透射型检测装置的XY位置的检测方法的检测原理的图。
图40是表示图28的透射型检测装置的光学系统的变形例的图。
图41是表示本发明的一实施方式的反射型检测装置的结构的立体图。
图42是表示贴附在图41的反射型检测装置的反射面上的透明体角度栅格的模型的图。
图43是假设图41的反射型检测装置的光被反射面反射时原样透射的模型的图。
图44是表示图41的反射型检测装置的光学系统的结构的图。
图45是表示本发明的一实施方式的使用反射面角度栅格的反射型检测装置的结构的立体图。
图46是表示图45的反射型检测装置的反射面角度栅格的模型的图。
图47是表示图45的反射型检测装置的光学系统的结构的图。
图48是表示在本发明的一实施方式的反射型检测装置中使用的光传感器单元的结构的图。
符号说明10、110、230台装置；12、111、231基座；14第1台；16第2台；112、236台；113刻度部；114、290检测装置；115 X方向用磁铁；116 Y方向用磁铁；117磁轭；118衬垫；119 Z方向用磁铁；120A、120B X方向线性马达构造部；121A、121B X方向线圈；122A、122B X方向用芯部；124、249、300检测装置；125A、125B Y方向线性马达构造部；126A、126B Y方向线圈；127A、127B Y方向用芯部；130 Z方向电磁石；131 Z方向用线圈；132Z方向用芯部；133安装用基板；140、320、100基准栅格；141基部；18、20、24线性马达；22透射型检测装置；28控制装置；30、102透明体角度栅格；32透明基板；34发光部；34a激光光源(LD)；36受光部；38分光板；51～59光敏二极管；70反射型检测装置；74基板；76、100光传感器单元；78偏向束分离器(PBS)；92反射面角度栅格。
具体实施例方式
利用附图详细说明用来实施本发明的实施方式。
参照图3和图4，对本发明的一实施方式的检测装置应用在台装置中的情况举例进行说明。台装置230是作为驱动装置而具有平面马达即SAWYER马达的装置。图3是表示具备本发明的一实施方式的检测装置的台装置的剖视图，图4是对应于图3所示的区域B的结构部分的俯视图。
台装置230大体由基座231、台236、和检测装置249构成。在基座231的表面上以预定的间距形成有多个凸部232。该预定的间距为使台236移动时的最小单位。此外，基座231由铁等的金属制造。台236大体上由可动台部237、固定台部239、卡盘241、X方向驱动器242A、242B、Y方向驱动器243A、243B、和倾斜驱动部245构成。
可动台部237是受X方向驱动器242A、242B和Y方向驱动器243A、243B驱动的基座部分。如图4所示，在可动台部237的下方配设有X方向驱动器242A、242B和Y方向驱动器243A、243B，在中央部形成空间。X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B分别由多个线圈部244和空气轴承238构成。通过对该线圈部244施加电流，在线圈部244中产生磁力，产生推进力而驱动可动台部237。
空气轴承238是用来通过空气的力量使X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B相对于基座231浮起的部件。通过设置该空气轴承238，在将可动台部237向X方向或Y方向、或向以Z轴为旋转轴的旋转方向驱动时，相对于任意方向都能够自如地移动。
倾斜驱动部245分别设在X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B与可动台部237之间。倾斜驱动部245用来进行找正，可动台部237的水平位置。固定台部239在可动台部237上被一体地配设。固定台部239通过利用X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B驱动可动台部237而移动到期望的位置。在固定台部239上配设有用来安装工件248的卡盘241。
这里，参照图5A至图5D，对可动台部237的驱动方法进行说明。图5A～图5D是示意地表示可动台部的驱动方向与X方向及Y方向驱动器的推进力的关系的俯视图。
在使可动台部237向X方向移动的情况下，如图5A所示，对设在X方向驱动器242A、242B中的线圈部244施加电流，以相对想要使可动台部237移动的X方向产生X方向驱动器242A、242B的推进力。
在使可动台部237向Y方向移动的情况下，如图5B所示，对设在Y方向驱动器243A、243B中的线圈部244施加电流，以对想要使可动台部237移动的Y方向产生Y方向驱动器243A、243B的推进力。
此外，在以Z轴为旋转轴、使可动台部237向E方向或D方向旋转移动的情况下，对设在X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B中的线圈部244施加电流，以产生图5C或图5D所示那样的X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B的推进力。
并且，在固定台部239移动到基座231上的期望的位置上时，停止对线圈部244的电流的施加，将固定台部239的位置固定。另外，可动台部237如前面所述，以设在基座231的表面上的凸部232的间距为最小单位移动。
检测装置249由设在可动台部237的底部的检测机构114、和后述的刻度单元233构成。该检测装置249发挥进行可动台部237的状态的测定的功能。这里的所谓“状态”，包括以Z轴为旋转轴的旋转移动的状态、向X方向移动的状态、以X轴为旋转轴的旋转移动的状态、向Y方向移动的状态、和以Y轴为旋转轴的旋转移动的状态，至少是这些5个自由度的状态。检测装置249大体上由刻度单元233和检测机构114构成。
首先，参照图6及图7对检测装置249中的刻度单元233进行说明。图6是对应于图3所示的区域C的结构部分的俯视图，图7是表示刻度部及检测机构的图。刻度单元233配设在设于基座231上的凸部232上。刻度单元233由刻度部113、上部树脂252、和下部树脂253构成。刻度部113由基部141和基准栅格140构成。
在基部141上，在关于角度的性质为X-Y方向的2维方向上，以预定的间距F设有由已知的函数(在该实施方式中是正弦波的峰与谷的集合)变化的多个基准栅格140。在刻度部113的上表面上设有上部树脂252，在刻度部113的下表面上设有下部树脂253。上部树脂252及下部树脂253用来防止刻度部113受到外力而损坏。另外，在上部树脂252中使用光的透射性较好的材料。
接着，参照图3至图4对构成检测装置249的检测机构114进行说明。检测机构114为配设在被X方向驱动器242A、242B及Y方向驱动器243A、243B包围的可动台部237的底面部的空间中的结构。
这样，通过在接近于基准栅格140的位置的可动台部237的底面部设置检测机构114，与以往的激光干涉计相比能够不易受到空气的摇摆等的干扰的影响，能够得到正确的固定台部239的位置。
图8是表示检测机构的概略结构和刻度部的图。检测机构114大体上为具有光源部330、分光板332、偏向束分离器334、1/4波长板336、集束用透镜338、和受光元件339的结构。光源部330是用来照射具有宽度的光331的部件。分光板332被设在从光源部330照射的光331的行进方向侧(在图8中的下方)。
图9是分光板的俯视图。如图9所示，在本实施方式中，在分光板332上以栅格状形成有开口部341A～341I。分光板332是用来通过开口部341A～341I将来自光源部330照射的光331分光为9束光333的部件。
开口部341A～341I形成在基部141的表面上或面内，使其成为与以预定的间距F配设的基准栅格140相同的间距F。此外，由分光板332的开口部341A～341I衍射的9束光333相互干涉，在基准栅格140上以与基准栅格140的配设间距等间隔、或配设间距的整数倍的间隔生成多光斑。
偏向束分离器334设在分光板332与刻度部113之间。偏向束分离器334是用来使由基准栅格140的表面反射的反射光337朝向集束用透镜338的装置。集束用透镜338设在偏向束分离器334与受光元件339之间，用来将反射光337在受光元件339集束。
接着，参照图10对受光元件339进行说明。图10是从箭头G所示的方向观察图8所示的检测机构的图。另外，在图10中由单点划线表示的圆表示达到各个光敏二极管的反射光337A～337I。受光元件339具有在其受光面339A上配设有光敏二极管350A～350H、和光敏二极管351～354的结构。
光敏二极管350A～350H及光敏二极管351～354是用来将反射光337A～337I一齐受光的元件。受光元件339用来根据一齐受光的反射光337A～337I的变化、具体而言是根据反射光337A～337I的强度及照射反射光337A～337I的光敏二极管350A～350H及光敏二极管351～354的位置，来检测固定台部239相对于基准栅格140的状态。
受光面339A是对反射光337A～337I受光侧的面。受光面339A为大致正方形的形状，在其中心部配设有4个光敏二极管350E～350H。
在受光面339A的4个角部附近形成有光敏二极管351～354。具体而言，分别在图10所示的受光面339A的左上角部配设光敏二极管351、在受光面339A的左下角部配设光敏二极管352、在受光面339A的右下角部配设光敏二极管353、在受光面339A的右上角部配设光敏二极管354。
光敏二极管351通过将呈三角形状的光敏二极管351I、351J组合而构成，光敏二极管352通过将呈三角形状的光敏二极管352L、352K组合而构成。此外，光敏二极管353通过将呈三角形状的光敏二极管353M、353N组合而构成，光敏二极管354通过将呈三角形状的光敏二极管354O、354P组合而构成。
光敏二极管350A设在连接光敏二极管351与光敏二极管352的线上的中间位置，光敏二极管350B设在连接光敏二极管352与光敏二极管353的线上的中间位置。此外，光敏二极管350C设在连接光敏二极管353与光敏二极管354的线上的中间位置，光敏二极管350D设在连接光敏二极管351与光敏二极管354的线上的中间位置。
如图10所示，对于光敏二极管351～354以及光敏二极管350A～350D的各光敏二极管也照射反射光337A～337D或反射光337F～337I的任一组。在该实施方式中，根据受光元件339受光的反射光337A～337I的位置的变化，进行固定台部239的状态的检测。另外，对于具体的状态的检测方法在后面叙述。
接着，对利用基准栅格140、为了确认能否通过上述受光元件339进行5个自由度的状态的检测而进行的模拟结果进行说明。
图11是表示在模拟中使用的检测机构的模型的图。另外，在图11中将检测机构114的内部结构沿直线方向排列而示意地表示。此外，在图11中，对于与图8所示的检测机构相同的结构部分赋予相同的标号。
首先，通过计算式求出由受光元件339观察的反射光337的光斑强度分布。此时，将检测机构114按每个结构部件分开，将该每个构成部件的函数结合来进行计算。具体而言，如图11所示，可以分为分光板332、基准栅格140、集束用透镜338、受光元件339、和它们之间的空间。
分光板332的波面函数g(x，y)在开口部341A～341I中等于1，在开口部341A～341I以外的区域中等于0。该波面函数g(x，y)由式(1)表示。
g(x,y)=10...(1)]]>接着，对基准栅格140的相位函数G(x，y)进行说明。入射到基准栅格140的光333成为反射光337而回到原来的光路。所以，如图12所示，可以将9束光333及反射光337的光路设为1个方向，来考虑基准栅格140的相位函数G(x，y)。
图12是用来说明基准栅格的相位函数的图。如果设基准栅格140的形状为h(x，y)，则入射到点(x，y)的光333与入射到基准栅格140的底边的点t’的光相比，光路长仅变短2h(x，y)。由此，基准栅格140的相位函数G(x，y)由式(2)表示。这里，在式(2)中，k表示光的波数，A表示基准栅格140的振幅，P表示基准栅格140的波长。
h(x,y)=Acos(2πxP)+Acos(2πyP)]]>G(x，y)＝exp[i2kh(x，y)]……(2)
接着，集束用透镜338的相位函数L(x，y)由式(3)表示。这里，在式(3)中，f表示集束用透镜338的焦点距离。集束用透镜338具有根据入射部位而改变相位进行聚光的功能。
对光的空间传播进行说明。光的空间传播通过菲涅尔衍射而被模型化。如果设观察面处的光波为u(x，y)、传播开始面的光波为u0(x，y)、从开始面到观察面的距离为z，则表示观察面处的光波的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)]]>这里，F[v(x，y)]是v(x，y)的2维傅立叶变换。λ是光的波长。
如图11所示，将光学系统的构成部分排列在一直线上，并定义入射到分光板332上的光的复数振幅为UA(x，y)、受光元件339上(光敏二极管350A～350H上、以及光敏二极管351～354上)的复振幅为UD(x，y)、分光板332与基准栅格140的间隔为Z1、基准栅格140与集束用透镜338的间隔为Z2(＝f)。此时，光斑强度分布I(x，y)可以如下述式(5)那样求出。
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)接着，对于对基准栅格140产生了5个自由度的移动时的光斑强度分布I(x，y)的变化进行说明。如果设相对于X轴方向和Y轴方向的各个位移量为Δx、Δy，以Z轴为旋转轴旋转移动时的旋转角度为θz(偏转角)、以X轴为旋转轴旋转移动时的旋转角度为θx(旋转角)、以Y轴为旋转轴旋转移动时的旋转角度为θy(倾斜角)，则可得到下述的式(6)。
G(x，y)＝exp[i2k{h(x′+Δx，y′+Δy)+θy·x+θx·y}]x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθz·xy...(6)]]>通过将式(6)代入式(5)中计算而能够求出在基准栅格140中产生了5个自由度的运动时的I(x，y)的变化。在基准栅格140中产生了5个自由度的运动时的I(x，y)的变化由下述的式(7)表示。
IA(x,y)=ry2-y2·exp[-x22σx2-y22σy2]...(7)]]>图13是表示模拟了光斑强度分布I(x，y)的变化的结果的图。另外，X1方向表示相对于X轴正交的方向，Y1方向表示相对于Y轴正交的方向，Z1方向表示与X1、Y1方向正交的方向。
接着，参照图14A至图15E所示的模拟结果，对移动体相对于基准栅格140在X轴方向上发生变位时的光斑强度分布的变化进行说明。图14A～图14E是从X1方向(参照图13)观察移动体(可动台237)相对于基准栅格在X轴方向上发生变位时的光斑强度分布的图。图15A～图15E是从Y1方向(参照图13)观察移动体相对于基准栅格在X轴方向上发生变位时的光斑强度分布的图。
如图14A至图14E所示，可知在移动体在X轴方向上发生变位时，从X1方向观察的光斑强度分布370A～370E中的位于中心的光斑强度分布370C的两侧的光斑强度分布370A、370B、370D、370E的大小变化。
另一方面，如图15A至图15E所示，在从Y1方向观察光斑强度分布371A～371E时，即使Δx(X轴方向的位移)发生了变化，在5个光斑强度分布371A～371E的大小中也看不到变化。
由上述模拟结果可以推断，当移动体在X轴方向上发生变位时，通过从X1方向监视光斑强度分布370A、370B、370D、370E，能够进行移动体相对于X轴方向的移动距离及位置(坐标)的检测。
具体而言，可知当移动体在X轴方向上发生变位时，通过监视设在受光面339A上的两个光敏二极管350A、350C(参照图10)受光的反射光337D、337F的光斑强度分布，而能够检测移动体相对于X轴方向的移动距离及位置(坐标)。
另外，虽然没有图示，但根据模拟结果，当移动体在Y轴方向上发生变位时，可以从Y1方向判断出处于5个光斑强度分布中的位于中心的光斑强度分布的两侧的两个(合计4个)光斑强度分布的大小发生变化。由此，当移动体在Y轴方向上发生变位时，通过设在受光面339A上的两个光敏二极管350B、350D(参照图10)监视反射光337B、337D的光斑强度，能够检测移动体相对于Y轴方向的移动距离及位置(坐标)。
接着，参照图16A至图16E所示的模拟结果，对移动体在以Z轴为旋转轴的旋转方向上发生变位(旋转移动)时的光斑强度分布的变化进行说明。图16A至图16E是从Z1方向(参照图13)观察移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。另外，在图16A至图16E中，θz表示偏转角(以Z轴为旋转轴的角度)。
如图16C所示，可知在θz＝Oarcsec的情况下，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的位置为中心顺时针旋转，也不逆时针旋转。
此外，如图16A和图16B所示，可知在移动体以Z轴为旋转轴向负方向(逆时针方向)旋转移动的情况下，被4角反射的反射光337A、337C、337G、337I的位置以中央的反射光337E的位置为中心逆时针旋转。
此外，如图16D和图16E所示，可知在移动体以Z轴为旋转轴向正方向(顺时针方向)旋转移动的情况下，被4角反射的反射光337A、337C、337G、337I的位置以中央的反射光337E的位置为中心顺时针旋转。进而，由于图16A至图16E所示的反射光337A、337C、337G、337I的各个位置不同，所以可知通过由设在受光面339A的四角上的光敏二极管351～354(参照图10)从Z1方向监视反射光337A、337C、337G、337I的位置，能够进行移动体向以Z轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的移动体的位置、移动量及旋转角度等的检测。
接着，参照图17A至图20C所示的模拟结果，对移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位(旋转移动)时的光斑强度分布的变化进行说明。图17A至图17C是从X1方向(参照图13)观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。图18A至图18C是将位于图17A至图17C的中心的光斑强度分布放大的图。此外，图19A至图19C是从Y1方向(参照图13)观察移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时的光斑强度分布的图。图20A至图20C是将位于图19A至图19C的中心的光斑强度分布放大的图。另外，在图17A至图20C中，θy表示倾斜角(以Y轴为旋转轴的角度)。
如图18A至图18C所示，当移动体以Y轴为旋转轴向正方向(顺时针方向)发生变位(旋转移动)时，从X1方向看到的光斑强度分布375C的X轴方向的位置向图18A的左侧移动，当移动体以Y轴为旋转轴向负方向(逆时针方向)发生变位(旋转)时，从X1方向看到的光斑强度分布375C的X轴方向的位置向图18C的右侧移动。
另一方面，如图20A至图20C所示，当移动体以Y轴为旋转轴发生变位(向正方向及负方向的旋转)时，从Y1方向看到的光斑强度分布380C的Y轴方向的位置完全不变化。另外，当光斑强度分布375C向X轴方向移动时，光斑分布强度分布375A、375B也一体地移动。
由此可知，当移动体向以Y轴为旋转轴的旋转方向发生变位时，通过由设在受光面339A的中心的4个光敏二极管350E～350H(参照图10)监视从X1方向观察的光斑强度分布375C的X轴方向的位置(反射光337E的位置)，而能够检测移动体的绕Y轴的旋转角度。
另外，由未图示的模拟结果可知，当移动体向以X轴为旋转轴的旋转方向发生变位时，也能够通过监视由设在受光面339A的中心的4个光敏二极管350E～350H受光的反射光337E(光斑强度分布375C)的Y轴方向的位置，检测移动体的绕X轴的旋转角度θx(旋转角)。
接着，参照图21至图23，根据上述模拟结果，对移动体的状态的检测方法进行说明。图21是用来说明移动体相对于基准栅格向X轴方向发生变位时的检测方法的图。另外，在图21中，光斑强度分布385D表示对应于反射光337D的光斑强度分布，光斑强度分布385F表示对应于反射光337F的光斑强度分布。
如图21所示，如果移动体相对于基准栅格140在X轴方向上移动，则光敏二极管350A、350C受光的反射光337D、337F的光斑强度分布385D、385F的大小变化。这里，如果设光敏二极管350A的输出为I350A、设光敏二极管350C的输出为I350C，则移动体相对于基准栅格140的X轴方向的位移量ΔX可以由SX＝(I350C-I350A)/(I350C+I350A)来求出。此外，在移动体相对于基准栅格140在Y轴方向上移动的情况下，如果设光敏二极管350B的输出为I350B、设光敏二极管350D的输出为I350D、，则移动体相对于基准栅格140的Y轴方向的位移量ΔY可以由SY＝(I350D-I350B)/(I350D+I350B)来求出。
图22是用来说明移动体相对于基准栅格以Y轴为旋转轴旋转时的检测方法的图。另外，在图22中，光斑强度分布385E表示对应于反射光337E的光斑强度分布。如图22所示，如果移动体相对于基准栅格140以Y轴为旋转轴旋转，则对应于3束反射光337D～337F的光斑强度分布385D～385E的位置整体地沿X轴方向移动。此时的移动量遵循自动准直法。该移动量可以通过设在受光面339A的中心的4个光敏二极管350E～350H检测。
这里，如果设光敏二极管350E的输出为I350E、设光敏二极管350F的输出为I350F、设光敏二极管350G的输出为I350G、设光敏二极管350H的输出为I350H，则可以由SqY＝(I350G+I350H-I350E-I350F)/(I350E+I350F+I350G+I350H)来求出X轴方向的移动量，可以根据求出的X轴方向的移动量求出θy(倾斜角)。
同样，可以由SqX＝(I350F+I350G-I350E-I350H)/(I350E+I350F+I350G+I350H)来求出Y轴方向的移动量，可以根据求出的Y轴方向的移动量求出θx(俯仰角)。
图23是用来说明移动体相对于基准栅格以Z轴为旋转轴旋转时的检测方法的图。如果移动体相对于基准栅格140以Z轴为旋转轴旋转，则如上述图16A至图16E中说明的那样，4个反射光337A、337C、337G、337I的位置以中央的反射光337E的位置为中心旋转。
这里，如果设光敏二极管351I的输出为I351I、设光敏二极管351J的输出为I351J、设光敏二极管351K的输出为I351K、设光敏二极管351L的输出为I351L、设光敏二极管351M的输出为I351M、设光敏二极管351N的输出为I351N、设光敏二极管351O的输出为I351O、设光敏二极管351P的输出为I351P，则可以由SqZ＝{(I351J+I351L+I351N+I351P)-(I351I+I351K+I351M+I351O)}/(I351I+I351J+I351K+I351L+I351M+I351N+I351O+I351P)来求出旋转量，可以根据该旋转量的值求出θz(偏转角)。
通过分光板332使从光源部330照射的光分光为多束光333而照射在基准栅格上，通过将多束反射光337由多元件型的光敏二极管350一齐受光，能够进行移动体的5个自由度的状态的检测。此外，由于根据多束反射光337的变化来检测移动体的状态，所以即使在被照射了多束光337的基准栅格140中的某一个有缺陷时，也能够根据从没有缺陷的基准栅格140反射的多束反射光337的变化进行状态的检测。因此，与以往的将1束光照射在基准栅格上、根据其反射光来进行状态的检测的情况相比较，能够高精度地进行状态的检测。
此外，在该实施方式的检测机构114中，由于没有进行使用以往技术那样的自动准直法的检测，所以能够使受光元件339的结构简单化，能够实现检测机构114的成本的降低。
另外，在本实施方式中，虽然使用了设有光敏二极管351～354及光敏二极管350A～350D的受光元件339，但也可以使用CCD来代替光敏二极管351～354及光敏二极管350A～350D。在使用CCD的情况下也能够得到与本实施方式相同的效果。
接着，参照图24对本实施方式的基准栅格的变更例进行说明。图24是表示本实施方式的基准栅格的变更例的立体图。图24的基准栅格400是将大致正方形的柱状部401、和与柱状部401相同的正方形状的凹部402沿面内两轴方向交替地配置而形成的。作为本实施方式的基准栅格，也可以使用图24所示那样的大致正方形状的基准栅格400。使基准栅格400的PV值为0.08μm。
接着，参照图25及图26，对本发明的一实施方式的台装置10进行说明。图25是表示本发明的一实施方式的台装置的分解立体图。图26是部分切开来表示组装后的状态的台装置的立体图。该台装置110是在例如半导体制造用分档器等中用来使作为被移动体的晶片移动到预定位置的装置。
该台装置110大体上由基座111、台112、检测装置124、以及驱动装置等构成。基座111是作为台装置110的基台的部件，配设有后述的线性马达构造部120A、125A、Z方向电磁铁130、以及检测机构114。另外，本实施方式的检测机构114的结构与图3所示的检测机构114相同。
台112在上部装载有作为移动体的晶片60及卡盘61，并且在下部配设有磁铁115、116、磁轭117，以及经由衬垫118而配设的Z方向用磁铁119。该台112是能够相对于基座111进行图中箭头X轴方向移动、Y轴方向移动、以及以Z轴为中心的旋转移动的结构。
如图25所示，刻度部113固定在台112的背面(与基座111对置的面)的大致中央位置上。另一方面，检测机构114为配设在基座111上的结构。具体而言，检测机构114设在安装于基座111上的安装用基板133上。
接着，对驱动装置进行说明。驱动装置是使台112相对于基座111进行X轴方向移动、Y轴方向移动、以及以Z轴为中心的旋转移动的装置。该驱动装置由配设在基座111上的X方向线性马达构造部120A、120B、Y方向线性马达构造部125A、125B、Z方向电磁铁130、和配设在台112上的X方向用磁铁115、Y方向用磁铁116、Z方向用磁铁119等构成。
X方向线性马达构造部120A配设在基座111上，由一对X方向用线圈121A-1、121A-2(在将两者统一时称为X方向用线圈121A)、和X方向用芯部122A构成。一对X方向用线圈121A-1、121A-2在图中箭头X轴方向上排列设置，做成能够分别独力地供给电流的结构。
此外，X方向线性马达构造部120B为与X方向线性马达构造部120A相同的结构，由X方向用线圈121B(虽然没有标标号，但由一对X方向用线圈构成)及X方向用芯部122B构成。该X方向线性马达构造部120A和X方向线性马达构造部120B为夹着上述检测机构114的配设位置而沿图中箭头Y轴方向离开地配置的结构。
另一方面，Y方向线性马达构造部125A及Y方向线性马达构造部125B也为与上述X方向线性马达构造部120A相同的结构。即，Y方向线性马达构造部125A由Y方向用线圈126A(虽然没有赋予标号，但由一对Y方向用线圈构成)及Y方向用芯部127A构成，Y方向线性马达构造部125B由Y方向用线圈126B(虽然没有赋予标号，但由一对Y方向用线圈构成)及Y方向用芯部127B构成。该Y方向线性马达构造部125A和Y方向线性马达构造部125B为夹着上述检测机构114的配设位置而沿图中箭头X轴方向离开地配置的结构。
Z方向电磁铁130通过使台112相对于基座111浮起，起到在上述X方向用磁铁115A和后述的设于台112上的磁铁115、116之间形成间隙的功能。该Z方向电磁铁130由Z方向用线圈131和Z方向用芯部132构成。此外，为了使浮起稳定化，而分别配设在做成矩形状的基座111的四角位置上。
另外，使台112相对于基座111浮起的机构，除了在该实施方式中使用的磁机构以外，还可以考虑使用压缩空气的方法、或通过多个球支撑基座111的机构等。
另一方面，如上所述，在台112上配设有X方向用磁铁115及Y方向用磁铁116。虽然在图中没有表示，但各磁铁115、116分别配设有一对、合计配设有4个。因而，在从底面侧观察台112的状态下，各磁铁115、116相互作用而配置成大致四边形。
X方向用磁铁115由将多个同样的永久磁铁以直线状排列以使极性交替地表现的多个磁铁列(小磁铁的集合体)构成。同样，Y方向用磁铁116也由将多个同样的永久磁铁以直线状排列以使极性交替地表现的多个磁铁列构成。在各磁铁115、116的上部配设有磁轭117，该磁轭117起到将构成各磁铁115、116的多个各磁铁磁性地结合的功能。
在上述结构中，构成为，在将台112安装在基座111上的状态下，一对X方向用磁铁115的一个位于X方向线性马达构造部120A上，并且另一个X方向用磁铁115位于X方向线性马达构造部120B上。
此外，构成为，在将台112安装在基座111上的状态下，一对Y方向用磁铁116的一个位于Y方向线性马达构造部125A上，并且另一个位于Y方向用磁铁116位于线性马达构造部125B上。
此外，构成为，在将台112安装在基座111上的状态下，并且在由Z方向电磁铁130使台112相对于基座111浮起的状态下，各磁铁115、116与产生的磁场对置的线性马达构造部120A、120B、125A、125B卡合。
进而，在上述安装状态下，各磁铁115、116配置为，相对于设在各线性马达构造部120A、120B、125A、125B中的各线圈121A、121B、126A、126B的卷绕方向正交。
通过将驱动装置做成上述结构，X方向线性马达构造部120A、120B和X方向用磁铁115相互作用而起到将台112作为向图中箭头X轴方向驱动的线性马达的功能。同样，Y方向线性马达构造部125A、125B和Y方向用磁铁116相互作用而起到将台112作为向图中箭头Y轴方向驱动的线性马达的功能。
即，在该实施方式中，是在X、Y两方向上分别配置各两组线性马达的结构。通过该结构，能够在装置中央部分确保较大的空间，能够将检测装置124设置在该位置上。另外，在本实施方式中，做成了将刻度部113配设在台112上、将检测机构114配设在基座111上的结构。这是因为不需要对刻度部113连接配线。但是，也可以做成将刻度部113配设在基座111上、将检测机构114设在台112上的结构。
此外，在上述被构成的驱动装置中，如果仅同时向同方向驱动X方向线性马达构造部120A和X方向线性马达构造部120B，则台112沿图中箭头X轴方向平移运动。
同样，如果仅同时向同方向驱动Y方向线性马达构造部125A和Y方向线性马达构造部125B，则台112沿图中箭头Y轴方向平移运动。
此外，通过将成对的各线性马达构造部120A和120B、125A和125B分别向相反方向驱动，台112绕图中箭头Z轴进行θZ的旋转运动。
这样，通过将由检测机构114和刻度部113构成的检测装置124设在台装置110上，能够由检测机构114检测台112的5个自由度的状态。
另外，在上述实施方式中，举使用具备相对于2维方向具有正弦波形状的基准栅格140的刻度部113的结构为例进行了说明。或者，也可以采用构成为相对于基准栅格400的中心轴为对称的形状的基准栅格400来代替基准栅格140。
此外，上述实施方式不仅能够应用在半导体制造装置中，还能够广泛应用于微型机械、IT用光通信部件等今后需要细微加工的领域中。即，目前的微型机械制造技术大多利用半导体制造技术，通过使用本发明，能够制造更细微且多样的微型机械。进而，在激光加工的领域中，要求有以超微的精度超高速地运动的台。
接着，图27是表示适用于本发明的一实施方式的检测装置的台装置的概略结构的图。另外，在该实施方式的以下的说明中，为了便于说明后述的透射型检测装置22的结构及动作原理，将对透明体角度栅格30照射光的方向设为Z方向，在图27中将左右方向设为Z方向进行说明。
如图27所示，台装置10具有基座12、相对于基座12可移动地设置的第1台14、装载在第1台14上且可向左右方向移动地设置的第2台16、并进驱动第1台14的两端的一对线性马达(驱动机构)18、20、配置在线性马达18的附近的透射型检测装置22、驱动第2台16的线性马达24、以及与线性马达24平行地配置的直线检测位置26。
透射型检测装置22构成本发明的主要部分，如后述那样构成为，以第1台14的移动位置为主检测对象，同时也能够检测作为相对于移动方向(X方向)以外的方向的运动误差原因的上下方向(Y方向)、绕各轴的角度θx、θy、θz。
由透射型检测装置22及X直线检测位置26检测到的检测信号由坐标变换器27坐标变换而输入到控制装置28中。控制装置28具有根据预先设定的运算式计算向线性马达18、20、24供给的控制量的运算机构(控制程序)，将由计算得到的控制信号输出给各伺服放大器29a～29c。并且，由各伺服放大器29a～29c放大后的驱动信号被向线性马达18、20、24供给而驱动线性马达18、20、24。
此外，在透射型检测装置22中，如后所述，能够检测第1台14的X、Y方向的位移及θz方向的倾斜角度。因此，通过控制装置28，能够根据由透射型检测装置22检测到的各方向的检测数据而高精度地并进驱动线性马达18、20，以使第1台14不会倾斜。
这里，参照图28对用于透射型表面编码器的透射型检测装置22的结构进行说明。
如图28所示，透射型检测装置22具有在第1台14的移动方向上延伸形成的透明体角度栅格(基准栅格)30、将透明体角度栅格30保持为垂直状态的透明基板32、朝向透明体角度栅格30发出多束平行光的发光部34、和对透射透明体角度栅格30的多束平行光进行受光的受光部36。
透明基板32由透明的玻璃板等构成，以垂直状态固定在作为固定侧的基座12上。并且，在透明基板32的表面上固接有透明体角度栅格30。透明体角度栅格30及透明基板32由于由透明材料形成，所以具有从发光部34照射的光会透射的性质。
此外，透明体角度栅格30如图29中放大表示的那样，在表面上形成有检测面30a，该检测面30a在2维方向上交替地形成有具有预定的正弦波形状的轮廓的立体的凹曲面和凸曲面。该检测面30a的凹凸形状例如可以通过推压金属模而均匀且高精度地形成细微的凹曲面、凸曲面。
发光部34设置为与透明体角度栅格30的表面的铅直方向对置。此外，受光部36设置为与透明体角度栅格30的背面的铅直方向对置。并且，发光部34及受光部36由固定在作为可动侧的第1台14上的托架(未图示)一体地支撑，并且被保持为经由透明体角度栅格30及透明基板32而正对。
因此，发光部34及受光部36如果与第1台14一起被向Y方向驱动，则成为相对于透明体角度栅格30及透明基板32移动。此时，从发光部34发出的多束平行光由检测面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，如后述那样，以预定间隔设有对从发光部34发出的多束平行光进行受光的多个受光元件。并且，根据来自发光部34的光透射检测面30a的凹曲面和凸曲面的位置而折射率发生变化，而能够根据在受光部36中的各光的受光强度分布的变化来求出发光部34及受光部36相对于透明体角度栅格30的移动量。
图30是从X方向观察图28的透射型检测装置22的结构的构成图。
如图30所示，发光部34例如将来自由激光二极管的光源34a的光分光为多束(例如n＝9条)平行光，在光源34a的出射面上安装有具有作为分光机构的栅格图案的正方形的分光板38。
图31是将分光板38的栅格图案的一例放大表示的图。如图31所示，分光板38在X方向及Y方向的2维平面上将9个微小开口38A～38I以预定的间隔LF形成为栅格状。分光板38用来通过微小开口38A～38I将从光源34a照射的光40分光为9束光421～429。
另外，在图31中，举在分光板38上设有9个微小开口38A～38I的结构的例进行了说明，但对于微小开口的配置数及间隔可以任意地设定，例如也可以将微小开口在X方向及Y方向上配设10×10个。因而，由分光板38分光的光的数量(换言之，照射在受光部36上的光斑数)可以通过选择微小开口的配置数而设定为任意的数量。
微小开口38A～38I形成为与形成在检测面30a上的凹曲面及凸曲面的配设间距F相同的尺寸。此外，通过分光板38的微小开口38A～38I的9束光421～429成为平行光而照射在透明体角度栅格30的检测面30a上，所以以与透明体角度栅格30的配设间距F等间隔(或者由通过开口部38A～38I时的衍射而以配设间距F的整数倍的间隔)生成多光斑。
此外，透射透明体角度栅格30的9束光421～429由配置在受光部36的前面的物镜44聚光到受光部36的受光面36a上。
如图32所示，在受光部36的受光面36a上，设有对透射透明体角度栅格30的9束光421～429进行受光的光敏二极管51～59。
接着，参照图32对受光部36进行说明。图32中由虚线表示的圆标记表示到达了各个光敏二极管51～59的光421～429的多光斑。设在受光部36的受光面36a上的光敏二极管51～59输出对应于光421～429的受光强度的检测信号。光敏二极管51～59中的配置在受光面36a的四角上的光敏二极管51、53、57、59由组合了一对受光元件的2分割PD构成，配置在受光面36a的中央的光敏二极管55由组合了4个受光元件的4分割PD构成。
配置在受光面36a的左上的2分割PD51是形成为三角形状的受光元件(51a、51b)为一组，来检测光421的光强度的，被配置在右上的角部的2分割PD53是形成为三角形状的受光元件(53a、53b)为一组，检测光423的光强度，配置在左下的角部的2分割PD57是形成为三角形状的受光元件(57a、57b)为一组，检测光427的光强度，配置在右下的角部的2分割PD59是形成为三角形状的受光元件(59a、59b)为一组，检测光429的光强度。
此外，配置在受光面36a的中央的4分割PD55排列设置为，使4个受光元件55a～55d在X方向及Y方向上成为各两列，通过4个受光元件55a～55d检测照射在中央的425的光强度。配置在受光面36a的4边的中间的、光敏二极管52、54、56、58分别检测光422、424、426、428的光强度。在本实施方式中，根据由具有上述9个光敏二极管51～59的受光部36检测到的光421～429的强度分布的变化，进行第1台14的位置及倾斜角度的检测。
接着，对透射型检测装置22的模拟结果进行说明。
在使用透明体角度栅格30的模型中，透明体角度栅格30的检测面30a的表面形状如式(8)所示，是使正弦波2维地叠加的凹曲面和凸曲面。
h(x,y)=-Axcos(2πxPx)-Aycos(2πxPy)...(8)]]>这里，透明体角度栅格形状的间距Px、Py为100μm以下的量级，振幅Ax、Ay为100nm以下的量级，如果使光入射到其中则发挥衍射栅格那样的作用。所以，这里在建立检测装置22的模型时，将光作为波来处理，通过计算振幅、相位来解析。即，这里使用的不是几何光学的模型而是波动光学的模型。
如图33所示，假设光从透明体角度栅格30的铅直方向大致垂直地入射到位置(x，y)。此时，如果从面∑1前进到面∑2，则光在仅前进距离2A-h(x，y)后，在透明体角度栅格30内仅前进距离h(x，y)，透射透明体角度栅格30。如果设透明体角度栅格30的折射率为n、设透明体角度栅格30外的折射率为1，则该光从面∑1前进到面∑2时的光路长L如式(9)那样表示。
L＝2A-h(x，y)+n·h(x，y)……(9)由于在从面∑1前进到面∑2时光路长仅有L，所以相位延迟了对其乘以波数k(＝2π/λ，λ光的波长)后的kL。由此，透明体角度栅格30所具有的相位函数G(x，y)如下述的式(10)那样表示。
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)由于常数项e-i2kA可以忽略，所以G(x，y)可以如式(11)这样来表示。
G(x，y)＝e-ik(n-1)h(x，y)……(11)当在透明体角度栅格30中产生X方向、Y方向的位移和绕Z轴的旋转时，可以将式(11)如下述式(12)那样地表现。
G(x，y)＝e-ik(n-1)h(x′+Δx，y′+Δy)x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθzxy...(12)]]>以上是透明体角度栅格30的模型的模拟结果。
接着，对使用透明体角度栅格30的透射型检测装置22的光学系统进行说明。
如图30所示，在透射型检测装置22的光学系统中，从激光源(LD)34a射出的平行光421～429入射到具有微小开口38A～38I的栅格状的分光板38上。由分光板38的各微小开口38A～38I衍射的光相互干涉，并在透明体角度栅格30上以与栅格图案的开口间隔相同的间隔生成波峰竖立的平行光421～429(多束)。平行光421～429在透射透明体角度栅格30后，由物镜44聚光到受光部36的受光面36a上。
为了求出该光学系统的受光部36的受光面36a上的强度分布，这里将光学系统分为各个要素，使用对各个要素所具有的光波的振幅项和相位项施加影响的函数。采用根据这些函数依次计算ua、ua’、……、ud的方法。该光学系统由发光元件34、分光板38、透明体角度栅格30、物镜44、以及各要素间的光波传播空间构成。
以下依次对这些函数进行说明。假设发光部34发出其强度分布符合高斯分布的平行光ua。即，平行光ua是在同一面内相位统一的光波。忽视相位项，设为在振幅项中取高斯分布式的开方的值。发光部34的函数如下述的式(13)那样定义。
ua(x,y)=ex2+y22σ2]]>(其中，σ＝1200μm)……(13)分光板38使入射到栅格图案的各微小开口38A～38I中的光透射，而将其他的光遮挡。分光板38的透射函数g(x，y)由下述的式(14)表示。
透明体角度栅格30的相位函数如上述那样。
物镜44具有如果入射了平面波则使其成为球面波的作用。物镜44的相位函数L(x，y)由式(15)表示。
L(x,y)=eik(f2+x2+y2-f)...(15)]]>
光的空间的传播用菲涅尔衍射的公式考虑。从面∑1射出的光传播到离开仅为距离z的面∑2。此时，菲涅尔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)]]>这里，u0(x0，y0)表示面∑1上的波面，u(x，y)表示面∑2上的波面，i表示虚数单位，λ表示光的波长。
式(16)是卷积积分，如下述的式(10)那样可以变形为使用傅立叶变换的形式。这里，F[v(x，y)]表示v(x，y)的傅立叶变换，F-1[ω(x，y)]表示ω(x，y)的逆傅立叶变换。
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)]]>根据以上，汇总透射型检测装置22的模型，求出受光部36的受光面36a的强度分布I(x，y)。受光面36a的强度分布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)]]>如果进行受光部36的受光面36a的强度分布I(x，y)的模拟，则可得到图34那样的结果。将按照式(18)计算强度分布I(x，y)的结果在图34中表示。
接着，对使用4分割PD55的位置检测方法进行说明。
可知与相对于透明体角度栅格30的X方向、Y方向的位移相对应，光421～429的光斑强度分别仅在X方向、Y方向上波峰的高度变化。利用该原理，能够使用图35所示的4分割PD55检测这些位移。以下说明其检测原理及模拟结果。
4分割PD55如上所述，是将4个受光元件55a～55d在X、Y方向上组合各两列而成的，与设置4个光敏二极管的情况实质上相同。
在图35中，如果设X方向、Y方向的传感器输出为SX、SY，则利用图35所示的I1～I4，分别如以下那样定义受光元件55a～55d的输出。
SX=100·I3+I4-I1-I2I1+I2+I3+I4(%)...(19)]]>SY=100·I2+I3-I1-I4I1+I2+I3+I4(%)...(20)]]>
进而，如图36所示，通过使用两根探测器，能够根据X、Y位移的相对的位置关系求出θz方向的旋转角。
这里，对使用多元件型PD的位置姿势的检测方法进行说明。
与使用上述4分割PD55的检测方法不同，通过使用多元件型PD来检测光斑的波峰的一个个的动作，能够检测更多的自由度。在受光部36的受光面36a(参照图32)上，在XY方向上以一定的周期排列有多个波峰。在该有多个的波峰之中，对于中心的9个波峰配置图37所示那样的光敏二极管51～54、56～59。该受光部36在受光面36a的4边上配置1个元件的光敏二极管52、54、56、58，在受光面36a的四角上配置将正方形斜向切开的2分割PD51、53、57、59。对于使用由该多元件型PD构成的受光部36来检测位置、姿势的3自由度的方法，以下依次对XY位置的检测方法、θz的检测方法进行说明。
首先，对XY位置的检测方法进行说明。
图38(A)～(E)作为一例而表示检测图28的透射型检测装置的X方向的位移的方法。如果在X方向上产生位移，则如图38(A)～(E)所示，在光敏二极管51～54、56～59上，光斑的波峰仅关于X方向而发生高度分布变化。设受光部36的X方向的传感器输出为SX。利用配置在受光面36a的X方向两边的中间位置上的光敏二极管54、56的强度检测值IX1、IX2，通过式(21)的计算求出受光部36的传感器输出SX。
在Y方向上也同样设受光部36的Y方向的传感器输出为SY。利用配置在受光面36a的Y方向两边的中间位置上的光敏二极管52、58的强度检测值IY1、IY2，通过式(22)的计算求出受光部36的X方向的传感器输出SY。

SX=100·IX2-IX1IX1+IX2...(%)...(21)]]>SY=100·IY2-IY1IY1+IY2(%)...(22)]]>接着，对绕Z轴的θz方向的检测方法进行说明。
如果θz发生了旋转，则光421～429的全部光斑以光斑中心的波峰为轴仅旋转相同的θz。这里，通过使用配置在受光面36a的四角上的2分割PD51、53、57、59的8个受光元件检测光斑强度变化，能够检测θz。图39(A)～(C)中表示图28的透射型检测装置的XY位置的检测方法的检测原理。如果设2分割PD51、53、57、59的8个受光元件51a、51b、53a、53b、57a、57b、59a、59b的输出为Iθz1、Iθz2、Iθz3、Iθz4、Iθz5、Iθz6、Iθz7、Iθz8，则受光部36的θz方向的输出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)]]>图40表示本实施方式的透射型检测装置的光学系统的变形例。
如图40所示，透射型检测装置22中的基准栅格也可以是将一对透明体角度栅格30的背面彼此背靠背地贴合在透明基板32的表面及背面上的结构。即，该基准栅格具备透明基板32、配设在透明基板32的表面上的第1基准栅格30、和以配设在透明基板32的背面上与第1基准栅格30呈180度的朝向的第2基准栅格30。通过将该基准栅格用在透射型检测装置22的光学系统中，而能够得到除了Z方向以外的X方向和Y方向的位置、以及绕各轴的旋转角θx、θy、θz的检测信号。
接着，参照图41说明用作反射型表面编码器的反射型检测装置70的结构。
如图41所示，反射型检测装置70具备透明体角度栅格(基准栅格)30，在第1台14的移动方向上延伸形成；基板74，形成有将透明体角度栅格30保持为垂直状态的反射面(反射镜)74a；光传感器单元76，朝向透明体角度栅格30发出多束平行光，并对来自反射面74a的反射光进行受光。光传感器单元76具有发出多束平行光的发光部(未图示)、和对透射透明体角度栅格30而由反射面74a反射的多束反射光进行受光的受光部(未图示)。
在反射型检测装置70中，由于是在与透明体角度栅格30的检测面30a对置侧设有光传感器单元76的结构，所以与上述图28的透射型检测装置相比能够使透明体角度栅格30接近于线性马达18，在这部分距离线性马达18较近的位置能够检测X方向、Y方向以及绕各轴的角度θx、θy、θz。
这里，对反射型检测装置70的状态检测的原理进行说明。
图42中表示贴附在反射面74a上的透明体角度栅格30的模型。透明体角度栅格30的检测面30a的形状与上述图28的透射型检测装置相同，如式(24)所示的，使正弦波2维地叠加而成。
h(x,y)=-Axcos[2πxPx]-Aycos[2πyPy]...(24)]]>这里，透明体角度栅格30的表面形状的间距Px、Py是100μm以下的量级，并且振幅Ax、Ay是100nm以下的量级，如果对其入射光则发挥衍射栅格那样的作用。所以，这里与上述图28的透射型检测装置相同，在建立反射型检测装置70的模型时将光作为波处理，通过计算振幅、相位来解析。即，这里使用的不是几何光学的模型，而是波动光学的模型。
此外，在以下的说明中，如图42所示，假设光从透明体角度栅格30的铅直方向入射到位置(x，y)。此时，如果从面∑前进到基板74的反射面74a，则光在前进距离仅为2A-h(x，y)后，入射到透明体角度栅格30内，仅前进距离h(x，y)。并且，由反射面74a反射的光再次沿着相同的光路，前进到面∑。
此外，图43中表示光被反射面74a反射时原样透射的假想的模型。此时，如果设透明体角度栅格30的折射率为n、设透明体角度栅格30外的折射率为1，则该光从面∑入射、再次前进到面∑(在图43中是∑’)时的光路长L如式(25)那样表示。
L＝2{2A-h(x，y)}+n·2h(x，y)……(25)由于从面∑再次前进到面∑时光路长仅有L，所以相位延迟了对其乘以波数k(＝2π/λ，λ光的波长)后的kL。由此，透明体角度栅格30所具有的相位函数Gr(x，y)如下述的式(26)那样表示。
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由于常数项e-i4kA可以忽视，所以Gr·(x，y)可以如式(27)这样表示。
Gr(x，y)＝e-i2k(n-1)h(x，y)……(27)当在透明体角度栅格30中产生X方向、Y方向的位移和绕Z轴的旋转时，可以将式(27)如下述式(28)那样表现。
Gr(x,y)=e-i2k(n-1){h(x′+Δx,y′+Δy)θY·x+θx·y}]]>x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθzxy...(28)]]>以上是贴附在反射面74a上的透明体角度栅格30的模型。
图44表示图41的反射型检测装置70的光学系统的结构。另外，在图44中，对与上述图28的透射型检测装置相同的部分赋予相同的标号。
光传感器单元76由于是具有发光部34和受光部36的结构，所以与将发光部34和受光部36分体地设置的结构相比，能够使装置整体小型化。从发光部34的激光源(LD)34a射出的平行光40入射到以一定周期2维地排列有微小开口的分光板38上。
在分光板38上，由栅格图案的各微小开口38A～38I衍射的光相互干涉，透射偏向束分离器(PBS)78和1/4波长板80。并且，在透明体角度栅格30上，以与栅格图案的开口间隔相同的间隔生成波峰竖立的9条平行光421～429。
进而，透射透明体角度栅格30而由反射面74a反射、再次透射透明体角度栅格30后，被偏向束分离器78向90度的方向反射，由物镜44聚光到受光部36的受光面36a上。
与上述图28的透射型检测装置中说明的方法同样，汇总反射型检测装置70的模型，求出受光部36的受光面36a上的强度分布I(x，y)。该实施方式的受光面36a的强度分布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)]]>接着，参照图45对使用反射面角度栅格的反射型检测装置90的结构进行说明。
如图45所示，反射型检测装置90具备反射面角度栅格(基准栅格)92，在第1台14的移动方向上延伸形成；基板94，用于将反射面角度栅格92保持为垂直状态；光传感器单元76，朝向反射面角度栅格92发出多束平行光，并对反射光进行受光。反射面角度栅格92在检测面92a的表面上形成有反射光的反射膜。光传感器单元76具有发出多束平行光的发光部(未图示)、和对由反射面角度栅格92的检测面92a反射的多束反射光进行受光的受光部(未图示)。
在反射型检测装置90中，由于是在与反射面角度栅格92的检测面92a对置侧设置光传感器单元76的结构，所以与上述图28的透射型检测装置相比能够使反射面角度栅格92接近于线性马达18，在这部分距离线性马达18较近的位置能够检测X方向、Y方向以及绕各轴的角度θx、θy、θz。
这里，对反射型检测装置90的状态检测的原理进行说明。
图46表示反射面角度栅格92的模型。反射面角度栅格92的形状与上述图28的透射型检测装置同样，如式(30)所示，是使正弦波2维地叠加而成的。
h(x,y)=-Axcos(2πxPx)-Aycos(2πyPy)...(30)]]>这里，反射面角度栅格92的表面形状的间距Px、Py是100μm以下的量级，并且振幅Ax、Ay是100nm以下的量级，如果对其入射光则起到衍射栅格那样的作用。所以，这里在建立编码器的模型时将光作为波处理，通过计算振幅、相位来解析。即，这里使用的不是几何光学的模型，而是波动光学的模型。
如图46所示，假设光从反射面角度栅格92的上方垂直地入射到位置(x，y)。此时，光从面∑前进了距离2A-h(x，y)后，被形成在反射面角度栅格92的检测面82上的反射膜反射。此外，光从面∑入射、再次前进到面∑(在图2中是∑’)时的光路长L如式(31)那样表示。
L＝2{2A-h(x，y)}……(31)由于从面∑再次前进到面∑时光路长仅有L，所以相位延迟了对其乘以波数k(＝2π/λ，λ光的波长)后的kL。由此，反射面角度栅格92所具有的相位函数Gr(x，y)如下述的式(32)那样表示。
Gr(x，y)＝e-ikL＝e-ik2{2A-h(x，y)}＝e-ik2h(x，y)·e-i4kA……(32)
由于常数项e-i4kA可以忽视，所以Gr(x，y)可以如式(33)这样表示。
Gr(x，y)＝e-i2kh(x，y)……(33)当在反射面角度栅格92中产生X方向、Y方向的位移和绕Z轴的旋转时，可以将式(33)如下述式(34)那样表现。
Gr(x,y)=e-i2k{h(x′+Δx,y′+Δy)+θY·x+θY·y}]]>x′y′=cosθz-sinθzsinθzcosθzxy...(34)]]>以上对反射面角度栅格92的模型进行了说明。
图47表示图45的反射型检测装置(反射型表面编码器)的光学系统的结构。另外，在图47中，对与上述图41的反射型检测装置相同的部分赋予相同的标号。
如图47所示，光传感器单元76由于是具有发光部34和受光部36的结构，所以与将发光部34和受光部36分体地设置的结构相比，能够使装置整体小型化。从发光部34的激光源(LD)34a射出的平行光40入射到以一定周期2维地排列有微小开口的分光板38上。
在分光板38上，由栅格图案的各微小开口38A～38I衍射的光相互干涉，并透射偏向束分离器(PBS)78和1/4波长板80。并且，在透明体角度栅格30上，以与栅格图案的开口间隔相同的间隔生成波峰竖立的9条平行光421～429。
进而，被反射面角度栅格92的检测面92a的反射膜反射、由偏向束分离器78向90度的方向反射，由物镜44聚光到受光部36的受光面36a上。
与上述图28的透射型检测装置中所述的方法相同，汇总反射型检测装置90的模型，求出受光部36的受光面36a的强度分布I(x，y)。该实施方式的受光面36a的强度分布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)]]>图48是表示在本发明的一实施方式的反射型检测装置中使用的光传感器单元100的结构的图。另外，在图48中，对于与上述图44的光传感器单元76相同的部分赋予相同的标号而省略说明。
如图48所示，光传感器单元100具有发光部34和受光部36，从发光部34的激光光源(LD)34a射出的平行光40入射到起到作为分光机构的功能的透明体角度栅格102的入射面102a上。
透明体角度栅格102的入射面102a构成为与上述的透明体角度栅格30的检测面30a同样的形状。即，在入射面102a上，在2维方向上交替地形成在表面上具有预定的正弦波形状的轮廓的立体的凹曲面和凸曲面。该入射面102a的凹凸形状通过与上述的透明体角度栅格30同样的方法均匀、且高精度地形成细小的凹曲面、凸曲面。
发光部34设置为，相对于透明体角度栅格102的入射面102a从铅直方向对置。从发光部34射出的平行光40由于照射在入射面102a上，所以通过入射面102a的凹曲面及凸曲面起到作为细小的透镜的功能，被分光为由凹曲面扩散的光和由凸曲面集聚的光重合的多束光。此时的被分光的光的数量及间距可以通过凹曲面及凸曲面的曲率半径而有选择地设定。
因而，通过使用透明体角度栅格102代替上述分光板38作为分光机构，能够进行比分光板38更精密的分光。
由透明体角度栅格102分光后的光透射偏向束分离器(PBS)78和1/4波长板80。并且，在透明体角度栅格30上，以预定的间隔生成波峰竖立的平行光421～42n。
进而，透射透明体角度栅格30而由反射面74a反射、再次透射透明体角度栅格30后，被偏向束分离器78向90度的方向反射，由物镜44聚光到受光部36的受光面36a上。
此外，通过在受光部36的受光元件中采用多元件型PD(参照图32)及CCD元件，除了XY位置以外，还能够计测因倾斜、旋转、偏转等的绕各轴的转动带来的倾斜姿势。
以上详细地说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于这些实施方式，在权利要求书记载的本发明的主旨的范围内可以进行各种变形、变更。
工业实用性本发明可以应用在能够使用容易制造的形状的基准栅格容易地进行台的5个自由度的状态的检测、并且能够提高检测的精度的检测装置及台装置。
在上述实施方式中，以检测台的位置的检测装置为一例进行了说明，但并不限于此，当然能够检测其他可动体的移动位置及伴随着移动的状态(倾斜)。
此外，作为检测装置，例如除了线性编码器以外也可以使用旋转编码器，进而，作为台装置以外的装置，也可以应用在硬盘装置及DVD装置中。
此外，也能够应用在鼠标等的个人电脑的输入装置及电脑游戏装置的输入装置中。
进而，由于也能够应用在物流关系的对象物信息(例如货物的位置信息)及商品的2维条码的检测装置中，所以也能够应用于与IC标签同等高密度的光标签中。
权利要求
1.一种检测装置，其特征在于，具备基准栅格，具有在2维方向上周期性地变化的形状；光源，向上述基准栅格照射光；分光机构，具有多个开口部，通过上述多个开口部将从上述光源照射的光分光为多束光；检测机构，具有对由上述基准栅格反射的多束反射光一齐受光的受光元件；并且，上述检测机构根据上述受光元件受光的上述多束反射光的变化，检测相对上述基准栅格的状态。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，上述受光元件由多个光敏二极管构成；在对上述多束反射光进行受光的上述检测机构的面的中央，至少具有进行以X轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测、以及以Y轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测的4个光敏二极管。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在上述检测机构的面的四角至少具有用来进行以Z轴为旋转轴的旋转移动的状态的检测的两个为一组的光敏二极管。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在上述受光元件中使用电荷耦合器件(CCD)。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，上述基准栅格构成为相对于上述基准栅格的面内两轴对称的形状。
6.一种检测装置，其特征在于，具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面照射多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对透射上述基准栅格的上述多束平行光进行受光的多个受光元件。
7.一种检测装置，其特征在于，具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；反射面，形成在上述基准栅格的背面上；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面照射多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对从上述反射面反射的多束平行光进行受光的多个受光元件。
8.一种检测装置，其特征在于，具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；反射面，形成在上述检测面上；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面照射多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对从上述反射面反射的多束平行光进行受光的多个受光元件。
9.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，上述发光部具有光源、和将来自上述光源的光分光为多束平行光的分光机构。
10.如权利要求9所述的检测装置，其特征在于，上述分光机构具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的入射面。
11.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，上述受光部具有比上述多束平行光多的个数的受光元件，对应于1束平行光至少配设1个受光元件。
12.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，具备运算机构，该运算机构被输入与由上述受光元件受光的上述多束平行光的光强度对应的检测信号，根据各光强度分布的变化计算上述发光部相对于上述基准栅格的相对移动量。
13.如权利要求12所述的检测装置，其特征在于，上述运算机构根据由上述多个受光元件受光的上述多束平行光的光强度分布的变化，计算上述发光部及受光部相对于上述检测面的相对倾斜角度。
14.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，上述基准栅格具备透明基板、配设在上述透明基板的表面上的第1基准栅格、和使其与上述第1基准栅格构成180度的朝向的方式配设在上述透明基板的背面的第2基准栅格。
15.一种台装置，具备基座、在上述基座上移动的台、驱动上述台的马达、使上述台相对于基座浮起的浮起装置、和检测上述台的状态的检测装置，其特征在于，上述检测装置具备基准栅格，具有在2维方向上周期性地变化的形状；光源，朝向上述基准栅格照射光；分光机构，具有多个开口部，通过上述多个开口部将从上述光源照射的光分光为多束光；检测机构，具有对由上述基准栅格反射的多束反射光一齐受光的受光元件；并且，上述检测元件根据上述受光元件受光的上述多束反射光的变化，检测相对上述基准栅格的状态。
16.如权利要求15所述的台装置，其特征在于，在上述马达中使用平面马达，在上述浮起装置中使用空气轴承。
17.一种台装置，具备基座、相对于上述基座可移动地配设的台、对上述台赋予驱动力的驱动机构、检测上述台的移动的检测装置、和根据上述检测装置的检测结果控制上述驱动机构以使上述台以预定速度移动的控制机构，其特征在于，上述检测装置具备基准栅格，在表面上具有在2维方向上交替地形成有具有预定的形状的凹曲面和凸曲面的检测面；发光部，相对于上述基准栅格可移动地设置，从上述基准栅格的铅直方向朝向上述检测面发出多束平行光；受光部，设置为与上述发光部一体地移动，具有对透射上述基准栅格的上述多束平行光进行受光的多个受光元件。
18.如权利要求17所述的台装置，其特征在于，上述驱动机构是一对线性马达，上述控制机构并进驱动上述一对线性马达。
19.如权利要求18所述的台装置，其特征在于，将上述检测装置配设在上述线性马达的附近。
全文摘要
本发明涉及进行高精度移动的台的状态的检测的检测装置及台装置，目的是提供一种使用容易制造的形状的基准栅格、能够检测台的5个自由度的状态、并且能够提高检测的精度的检测装置及台装置。通过具备朝向基准栅格照射光的光源部、通过多个开口部将光分光为多束光的分光机构、和对多束反射光一齐受光的受光元件的检测机构，根据多束反射光的变化检测相对基准栅格的状态。
文档编号G01D5/26GK1977144SQ20058002142
公开日2007年6月6日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月27日
发明者高伟, 清野慧, 富田良幸, 平田彻, 渡边阳司, 牧野健一 申请人:住友重机械工业株式会社