最先端の半導体製造装置や進歩し続ける工作機械の精度を担うスケールには、つねにお客様から性能の向上が要求されています。わたしたちは、半導体のロードマップや市場の動向とお客様のご要望を考えて、超精密スケールロードマップをつくり、これを実現するための研究開発を怠りません。新しいデバイスやピコメートル分解能のスケールの開発には、その評価を行うシステムの開発も合わせて行う必要があります。
また、設計・開発の方法も進化させなければなりません。物理、化学、電気、機械、ソフトウエアのエンジニアが協力して、マグネスケールとレーザスケールの高性能化に取り組んでいます。わたしたちは、基本的な技術力を自らのロードマップに従って維持し、お客様のご要望にお応えする商品を、つねに素早くフレキシブルに開発・商品化できる集団になる事を目標としています。また、お客様の信頼を裏切らない確かな信頼性を持つ商品を開発します。
機構設計
モーダル解析による
変形シミュレーション
LSI配置配線の信号遅延検証
磁気応用技術から生まれた新しいアブソリュートマグネスケールは、磁気スケールでは初めて0.005 μmの分解能を持った精密測長スケールです。光学式スケールが、明暗の格子の透過率の変化を検出するのに対し、磁気スケールは磁性媒体の内部に記録された磁気格子の磁束量の変化をヘッドにより検出します。磁気スケールで高い分解能を得るためには、優れた磁性媒体と低歪のヘッドが不可欠です。
スケールには、独自に工作機械、産業機械など様々な環境下で使用可能な耐環境性を持つ高密度磁性媒体を開発しました。ヘッドは、HDDで進化した磁気抵抗効果素子を用いており、独自のパターン設計により磁気信号を高感度に、極めて低歪の信号として出力します。また、磁気スケールでは初めてMコード磁気信号検出を行うアブソリュート化に成功しました。ヘッドからの信号は、独自の信号補正回路により、精度に影響を及ぼすD C 信号成分や、サインとコサイン信号の位相差と振幅のアンバランスが除去され、Mコードと合わせて高分解能で高精度な絶対位置に変換されます。
新しいマグネスケールは、明暗の格子を読む光学式では不可能な、結露や油の中など、様々な環境下でお使い頂ける工作機械に適した位置制御用スケールです。また、マグネスケールは、機械の構造体である鋳鉄と同じ線膨張係数を有するスケールです。その為、温度変化が起きる環境下においても機械と同じ温度特性で伸縮し、安定した高精度な加工を行なうことが可能となります。
マグネスケールは、高精度と耐環境性能の両立をさらに追求していきます。
磁気スケール記録イメージ
長尺精度測定装置
半導体レーザと体積型ホログラムを使ったレーザスケールは格子干渉計方式の特殊なスケールです。下図の検出原理について説明すると、レーザ光は偏光ビームスプリッタを通過し、2本の光P波とS波に分割されます。分割されたレーザ光は550 nm周期で刻まれたホログラム格子に入射し回折され、λ/4位相板付きのミラーへ入射します。ミラーから反射する際、P波はS波に、S波はP波に変わり、再度ホログラム格子に戻った光は、2回目の回折を受けます。この回折の後、偏光ビームスプリッタに戻ったレーザ光は、P波とS波が入れ替わっているため、発光部へは戻らず、すべて受光部へ向かい、偏光ビームスプリッタを経て干渉します。
通常の干渉計では、温度変化等により、光源の波長が変化したり、空気の屈折率が変化すると誤差を生じますが、2本の光路が左右対称になっているレーザスケールでは光源の波長変化や、空気のゆらぎや気圧変化などの影響はキャンセルされます。また2回の回折により、ホログラム格子の1周期分である550 nm移動するごとに、干渉強度は4回の明暗反転をします。この結果、138 nm周期の位置信号が受光部で検出されます。体積型ホログラムの回折効率が高く信号のS/N比が良いことと、信号が完全な正弦波であるため、65536(216)分割で2.1 pmの超高分解能が可能となります。
2.1 pmの分解能は、水素原子の直径の約1/50の長さに相当します。レーザ応用技術をつくした独自の光学系は、高い精度と安定性だけでなく、優れた運動性能と応答性を持ち、レーザスケールは超精密分野のお客様から高い信頼を得ています。さらなる高精度と高分解能化の要求は続き、制御性能を上げるためには、同時に多方向の運動を計測する必要が出てきます。レーザスケールはこれからも進化を続け、このようなお客様のご要求にお応えしていきます。
レーザスケール検出原理
