JP2007247812A - 静圧空気軸受け監視装置及び静圧空気軸受け監視装置を備えたステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は静圧空気軸受けがガイド面に非接触状態を維持しているか否かを監視することを課題とする。
【解決手段】ステージ装置１０は、静圧空気軸受け２２が非接触状態を維持しているか否かを監視する監視装置８０を有する。監視装置８０は、電圧検出回路８２と、判定回路８４と、報知手段８６とを有する。電圧検出回路８２は、複数の信号線６６を介して静圧空気軸受け２２_１〜２２_３に電圧を印加し、信号線７６からの電圧と比較して静圧空気軸受け２２_１〜２２_３と固定側電極６０との電位差を検出する。判定回路８４は、静圧空気軸受け２２_１〜２２_３と固定側電極６０との電位差に応じた検出信号に基づいて静圧空気軸受け２２_１〜２２_３と固定側電極６０との接触の有無を判定する。報知手段８６は、判定回路８４により静圧空気軸受け２２_１〜２２_３の何れかと固定側電極６０との接触が発生したと判定された場合に報知する。
【選択図】図３

Description

本発明はガイド面に対して空気圧により浮上して移動する静圧空気軸受けの状態を常時監視するよう構成された静圧空気軸受け監視装置及びステージ装置に関する。

半導体や液晶パネルの製造工程に用いられる露光装置または検査装置においては、平面ステージまたはＸＹステージなどのステージ装置に半導体ウエハや液晶パネルを保持させてＸ方向またはＹ方向に移動させる際の制御特性の改善を図るために非接触式の静圧空気軸受け（「エアベアリング」または「エアパッド」とも呼ばれている）によってガイド面に対して空気圧により浮上させるガイド機構が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、静圧空気軸受けは、ガイド面に対して微小な隙間を介して対向するように空気圧が設定されており、ステージに作用する過負荷や偏荷重やガイド面の反りや面粗さが規定以上に悪い場合には、空気圧によって支えきれずガイド面に接触するおそれがある。このような静圧空気軸受けとガイド面との接触が生じた場合、静圧空気軸受けが破損したり、あるいは接触による破片が塵埃として発生し、他の装置へ悪影響を及ぼすこともある。
ステージ装置の組立工程では、組立作業が終了すると、実際にステージを移動させて静圧空気軸受けがガイド面に接触せずに浮上した状態を維持することができるか否かを検査している。

従来の検査方法では、例えば、ステージを手動で押しながら移動させる際に摩擦による抵抗がない場合に静圧空気軸受けがガイド面に接触しないことを確認している。また、計測器を用いて確認する方法としては、静圧空気軸受けの上面をマイクロメータで計測しながら、エアの供給、またはエア供給停止の差違により高さ位置の差を求めることで静圧空気軸受けがガイド面に接触しないことを検査する方法もある。
特開平９−３１７７６６号公報

しかしながら、上記のような従来の検査方法では、実際のステージをモータの駆動力で駆動する状態での検査ではないので、例えば、静止状態のステージをリニアモータの駆動力によって移動させる際のトルク変動、あるいは加速時や減速時の速度変化に伴うピッチングあるいはローリングなどの動作によってガイド面に対する荷重が変動して静圧空気軸受けがガイド面に接触するような状態の変化を検査することができなかった。

また、経時変化による静圧空気軸受けの浮上状態の変化も検査することが難しかった。

さらに、動作範囲の広い（移動距離の長い）ステージ装置あるいは動作面積の広い平面ステージでは、動作範囲の全てで検査することが困難であった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した静圧空気軸受け監視装置及びステージ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、ガイド面に形成された固定電極と前記ガイド面に対して空気圧により浮上して移動する静圧空気軸受けに形成された可動電極と間に所定電圧を印加し、前記固定電極と前記可動電極との間の状態に応じた電気的変化を検出する検出手段と、前記検出手段により得られた検出信号の変化に応じて前記ガイド面に対する前記静圧空気軸受けの接触の有無を判定する判定手段とを備えており、上記課題を解決するものである。

前記検出手段は、前記ガイド面と前記静圧空気軸受けとの間の電位差に応じた検出信号を出力することが望ましい。

前記検出手段は、前記ガイド面と前記静圧空気軸受けとの間隔に応じた静電容量の検出信号を出力することが望ましい。

前記判定手段は、前記ガイド面と前記静圧空気軸受けとが接触したときの電圧の変化を記憶する記憶手段と、前記検出手段により検出された検出信号の変化と前記記憶手段に記憶された電圧の変化とを照合する照合手段と、を有し、前記検出信号と前記電圧との変化パターンが一致した場合に前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したものと判定することが望ましい。

また、本発明は、前記判定手段により前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したものと判定された場合には、前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したことを報知する報知手段を備えており、上記課題を解決するものである。

また、本発明は、ガイド面に対して空気圧により浮上して移動する静圧空気軸受けを有するステージと、該ステージを駆動する駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段とを備えたステージ装置において、前記制御手段は、前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したか否かを監視する監視手段を備えており、上記課題を解決するものである。

前記監視手段は、前記請求項１乃至５の何れかに記載の静圧空気軸受け監視装置であることが望ましい。

本発明によれば、ガイド面に通電して固定電極を形成し、ガイド面に対して空気圧により浮上して移動する静圧空気軸受けに通電して可動電極を形成し、固定電極と可動電極との間の電気的変化を検出する検出手段により得られた検出信号の変化に応じてガイド面に対する静圧空気軸受けの接触の有無を判定するため、実際に移動させた状態で静圧空気軸受けがガイド面に接触していないことを確認することが可能になり、且つ静圧空気軸受けがガイド面に接触した場合には直ちに検出可能であるので、例えば、移動距離の長い場合、あるいはＸＹ平面の面積が大きい場合でも常に静圧空気軸受けがガイド面に接触したか否かを正確に判定することが可能になる。

また、ガイド面と静圧空気軸受けとの間の電位差を検出、あるいはガイド面と静圧空気軸受けとの間隔に応じた静電容量を検出することにより、静圧空気軸受けがガイド面に接触したか否かを電気的に監視することができ、検出精度を高めることが可能になる。

また、判定手段が、ガイド面と静圧空気軸受けとが接触したときの印加電圧に対する出力電圧の変化を記憶し、検出信号の変化と記憶された出力電圧の変化とを照合することで検出信号と出力電圧との変化パターンが一致した場合に静圧空気軸受けがガイド面に接触したものと判定するため、より高精度に接触の有無を判定することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明による静圧空気軸受け監視装置の一実施例が適用されたステージ装置を示す斜視図である。図１に示されるように、ステージ装置１０は、ベース１２と、ベース１２上に固定された一対のガイドレール１４，１６と、Ｙステージ１８と、Ｙステージ１８をＹ方向に駆動するＹ方向駆動部１９と、Ｘステージ３０と、Ｘステージ３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動部３１とを有する。Ｘステージ３０は、Ｙステージ１８に移動可能に搭載されており、Ｙステージ１８と共に移動体ユニット２１を構成している。

ベース１２は、上面が移動体ユニット２１の水平移動をガイドする静圧空気軸受けガイド面１２ａとして形成されている。また、ガイドレール１４，１６は、夫々、Ｙステージ１８の両端をガイドするように互いに対向し合う側面にＹ方向ガイド面１４ａ，１６ａが形成されている。

ガイドレール１４と１６との間には、Ｙステージ１８が横架されている。このＹステージ１８は、ベース１２のガイド面１２ａに沿ってＹ方向にスライドする本体１８ａと、本体１８ａの両端に設けられガイドレール１４，１６のＹ方向ガイド面１４ａ，１６ａに沿ってＹ軸方向にガイドされるスライダ１８ｂ，１８ｃを有する。

また、Ｙステージ１８は、スライダ１８ｂ，１８ｃの側面に４個の静圧空気軸受け２０と、スライダ１８ｂ，１８ｃの下面に設けられた３個の静圧空気軸受け２２とを有する。静圧空気軸受け２０及び２２_１〜２２_３は、ベース１２上のＸ−Ｙ平面に対して垂直なＺ軸まわりの回転１自由度を持つ４個の継ぎ手（図示せず）を介してＹステージ１８のスライダ１８ｂ，１８ｃの側面に保持されている。

尚、静圧空気軸受け２２_３は、Ｙステージ１８のＸ方向の中心軸に対応する箇所に設けられ、静圧空気軸受け２２_１，２２_２は、Ｙステージ１８の中心軸に対してＹ方向にほぼ対称な位置に設けられる。すなわち、静圧空気軸受け２２_１〜２２_３は、それぞれの中心が二等辺三角形を形成するように配置されている。

また、Ｙステージ１８には、Ｘステージ３０がＹ方向と直交するＸ方向に移動可能に搭載されている。Ｙステージ１８は、その延在方向に平行な前後側面がＸステージ３０をＸ方向にガイドするためのＸ方向ガイド面１８ｄ，１８ｅとして形成されている。Ｘステージ３０は、Ｙステージ１８の上面及び前後面を跨ぐようにコ字状に形成されており、Ｘ方向ガイド面１８ｄ，１８ｅに対向する４個の静圧空気軸受け３２_１〜３２_４と、ベース１２のガイド面１２ａに対向する３個の静圧空気軸受け３４_１〜３４_３とを有する。

静圧空気軸受け２０，２２_１〜２２_３は、圧縮空気を吹出すことによりベース１２のガイド面１２ａ及びガイドレール１４，１６に対して微小な空気層を形成しており、この空気層の圧力によりフローティング状態（非接触状態）でＹステージ１８をガイドする。

また、静圧空気軸受け３２_１〜３２_４，３４_１〜３４_３は、上記静圧空気軸受け２０，２２_１〜２２_３と同様に、圧縮空気を吹出すことによりベース１２のガイド面１２ａ及びＹステージ１８のガイド面１８ｄ，１８ｅに対して微小な空気層を形成しており、この空気層の圧力によりフローティング状態（非接触状態）でＸステージ３０をガイドする。

上記静圧空気軸受け２０，２２_１〜２２_３，３２_１〜３２_４，３４_１〜３４_３は、監視装置８０により夫々ガイド面との非接触状態であることを監視されている。尚、監視装置８０の詳細については後述する。

Ｙ方向駆動部１９は、ガイドレール１４上に設けられたＹ１リニアモータ３６と、ガイドレール１６上に設けられたＹ２リニアモータ３８とからなる。また、Ｘ方向駆動部３１は、Ｙステージ１８の本体１８ａ上に設けられたＸリニアモータ４２を有する。

さらに、ガイドレール１４，１６上には、Ｙ方向に延在形成されたＹ１リニアスケール４８、Ｙ２リニアスケール５０と、Ｙステージ１８に設けられＹ１リニアスケール４８、Ｙ２リニアスケール５０に対する相対位置を検出するＹ１リニアエンコーダ５２、Ｙ２リニアエンコーダ５４とが設けられている。そのため、Ｙステージ１８のスライダ１８ｂ，１８ｃの移動位置は、Ｙ１リニアエンコーダ５２、Ｙ２リニアエンコーダ５４から出力されたパルス数を演算することによって検出される。また、Ｙ１リニアエンコーダ５２から出力されたパルス数と、Ｙ２リニアエンコーダ５４から出力されたパルス数との差からＹステージ１８の回転角θが検出される。

また、Ｙステージ１８の本体１８ａ上には、Ｘ方向に延在形成されたＸリニアスケール（図示せず）と、Ｘステージ３０に設けられＸリニアスケールに対する相対位置を検出するＸリニアエンコーダ（図示せず）とが設けられている。そのため、Ｘステージ３０の移動位置は、Ｘリニアエンコーダ（Ｘ位置検出器）から出力されたパルス数を演算することによって検出される。

ステージ装置１０の制御装置９０では、Ｙステージ１８の両端に設けられたスライダ１８ｂ，１８ｃをＹ１，Ｙ２リニアモータ３６，３８によって同時に並進駆動する場合、両方の推力が同じ大きさとなるようにＹ１，Ｙ２リニアモータ３６，３８を制御している。

図２は実施例１の静圧空気軸受け２２の取付状態を拡大して示す縦断面図である。以下、静圧空気軸受け２０の構成について説明するが、他の静圧空気軸受け２０，２２_１〜２２_３，３２_１〜３２_４，３４_１〜３４_３も静圧空気軸受け２２とほぼ同様な構成になっている。

図２に示されるように、ベース１２が石材などの非導電材により形成されている場合、ガイド面１２ａの表面には、銅または鉄などの導電材による固定側電極６０を形成する。

固定側電極６０の形成方法としては、例えば、めっき法などの薄膜形成法、あるいは導電塗料を塗布するインクジェットノズルなどによる印刷法などが考えられる。尚、ベース１２が鉄などの導電性金属材により形成されている場合には、固定側電極６０を形成する必要はない。

静圧空気軸受け２２は、ガイド面１２ａ及び固定側電極６０に圧縮空気を吹出す多孔質材により形成された空気吐出パッド６２と、空気吐出パッド６２を収容するパッドハウジング６４とを有する。パッドハウジング６４は、下面側に空気吐出パッド６２を収容する凹部６４ａを有し、導電性金属材により形成されている。また、上記空気吐出パッド６２は、導電性の焼結金属により形成されており、上面側に空気供給用のエアチューブ６８が接続され、下面側の空気噴射面６２ａがガイド面１２ａ及び固定側電極６０に対向している。そのため、静圧空気軸受け２２は、信号線６６により電圧を印加される可動側電極として機能する。

さらに、静圧空気軸受け２２は、Ｙステージ１８に絶縁クランプ部材７０を介して支持された支持棒７２の下端にボール軸受け７４により揺動可能に支持されている。尚、絶縁材７０を設けることにより、静圧空気軸受け２２に通電された電流がＹステージ１８に流れることを防止する。

静圧空気軸受け２２は、空気噴射面６２ａからの空気をガイド面１２ａに噴射してガイド面１２ａと空気吐出パッド６２との間に空気層を形成することでガイド面１２ａから微小隙間を介して非接触状態となる。

図３は静圧空気軸受け２２の状態を監視する監視装置を示すブロック図である。尚、図３においては、説明の便宜上、Ｙステージ１８のみを示し、Ｘステージ３０は省略してある。

図３に示されるように、ステージ装置１０は、Ｙステージ１８及びＸステージ３０を移動させながら各静圧空気軸受け２２_１〜２２_３が非接触状態を維持しているか否かを監視する監視装置８０を有する。この監視装置８０は、電圧検出回路（検出手段）８２と、判定回路（判定手段）８４と、報知手段８６とを有する。

電圧検出回路８２は、−端子が信号線７６を介して固定側電極６０に接続され、＋端子が複数の信号線６６を介して静圧空気軸受け２２_１〜２２_３に接続されている。従って、電圧検出回路８２は、複数の信号線６６を介して静圧空気軸受け２２_１〜２２_３に電圧を印加し、静圧空気軸受け２２_１〜２２_３と固定側電極６０との電位差を検出する。

判定回路８４は、静圧空気軸受け２２_１〜２２_３と固定側電極６０との電位差に応じた検出信号に基づいて静圧空気軸受け２２_１〜２２_３と固定側電極６０との接触の有無を判定する。報知手段８６は、判定回路８４により静圧空気軸受け２２_１〜２２_３の何れかと固定側電極６０との接触が発生したと判定された場合にアラームなどの警報を発する警報器と、異常内容を報知するための液晶ディスプレイなどを有する。

電圧検出回路８２は、例えば、静圧空気軸受け２２に＋(プラス)側の電圧を印加して可動電極側を一定の電圧に維持しており、ベース１２上の固定側電極６０に信号線６６を介して−（マイナス）側とする。

静圧空気軸受け２２は、ガイド面１２ａと空気吐出パッド６２との間に空気層を形成することで固定側電極６０と空気吐出パッド６２とが微小隙間を介して非接触状態となる。この非接触状態では、固定側電極６０と空気吐出パッド６２とが電気的に導通していないので、電位差が所定値となる。

ところが、Ｙステージ１８を移動させる際に水平状態よりわずかに傾きを生じた場合、あるいはガイド面１２ａに反りがあると、空気吐出パッド６２の空気噴射面６２ａがガイド面１２ａの固定側電極６０に接触することがある。その場合、導電材により形成された静圧空気軸受け２２から固定側電極６０に電流が流れて電位差が殆どゼロに低下する。判定回路８４においては、電位差が減少したことが検出された場合、どの静圧空気軸受け２２_１〜２２_３の電圧が低下したのかを判別すると共に、接触判定信号を出力する。そのため、報知手段８６は、アラームを発してオペレータに報知すると共に、液晶ディスプレイなどに接触した静圧空気軸受けの番号を表示して異常のあった箇所を表示する。

また、制御装置９０は、判定回路８４から接触判定信号が入力されたときは、各リニアモータ３６，３８，４２の駆動を停止させてステージ１８，３０の移動を止める。これにより、ガイド面に接触した静圧空気軸受け２２及び固定側電極６０の損傷を最小に抑えることができると共に、接触に伴う発塵を防止することができる。そして、オペレータは、報知手段８６のアラーム及び表示により接触した箇所を容易に認識することが可能になり、点検及び修理を速やかに行える。

このように、Ｙステージ１８及びＸステージ３０を移動させながら各静圧空気軸受けが各ガイド面に非接触状態を維持しているか否かを監視することができるので、実際の動作に伴って発生する接触の有無を確認することができ、判定結果の信頼性をより高められる。

従って、本実施例では、Ｙステージ１８及びＸステージ３０を実際に移動させた状態で静圧空気軸受けがガイド面に接触した場合には直ちに検出可能であるので、例えば、移動距離の長い場合、あるいはＸＹ平面の面積が大きい場合でも常に静圧空気軸受けがガイド面に接触したか否かを正確に判定することが可能になる。

図４は実施例２の構成を示すブロック図である。尚、図４において、上記実施例１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。また、図４では、説明の便宜上、Ｙステージ１８のみを示し、Ｘステージ３０は省略してある。

図４に示されるように、Ｙステージ１８は導電材により形成されており、且つＹステージ１８の下面に配置された各静圧空気軸受け２２は上記実施例１と異なり、絶縁クランプ部材７０を使用せず、直接Ｙステージ１８に支持されている。また、Ｙステージ１８には、信号線７６が接続されており、電圧検出回路８２からの印加電圧はＹステージ１８を介して各静圧空気軸受け２２に供給される。

また、電圧検出回路８２の端子ａと端子ｂとの間には、抵抗Ｒが設けられている。通常、静圧空気軸受け２２は、ガイド面１２ａと微小隙間を介して非接触状態のとき、固定側電極６０と空気吐出パッド６２とが電気的に導通していないので、端子ｂには、抵抗Ｒを介して所定値の電圧が入力される。

ところが、Ｙステージ１８が水平状態よりわずかに傾きを生じた場合、あるいはガイド面１２ａに反りがあると、空気吐出パッド６２の空気噴射面６２ａがガイド面１２ａの固定側電極６０に接触することがある。その場合、導電材により形成されたＹステージ１８及び静圧空気軸受け２２から固定側電極６０に電流が流れるため、端子ｂの電圧は殆どゼロに低下する。判定回路８４においては、端子ｂの電圧低下が検出された場合、静圧空気軸受け２２_１〜２２_３の何れかがガイド面１２ａに接触したものと判別すると共に、接触判定信号を出力する。そのため、報知手段８６は、アラームを発してオペレータに報知すると共に、液晶ディスプレイなどに異常のあった箇所を表示する。

また、制御装置９０は、判定回路８４から接触判定信号が入力されたときは、各リニアモータ３６，３８，４２の駆動を停止させてステージ１８，３０の移動を禁止する。これにより、ガイド面に接触した静圧空気軸受け２２及び固定側電極６０の損傷を最小に抑えることができる。そして、オペレータは、報知手段８６のアラーム及び表示により接触した箇所を容易に認識することが可能になり、点検及び修理を速やかに行える。

図５は実施例３の構成を示すブロック図である。図５に示されるように、ステージ装置１００は、格子状の突起を所定ピッチで有するプラテン１１０と、プラテン１１０上のＸＹ平面を形成するガイド面１１２に対して非接触で移動する移動ステージ１２０とから構成されている。また、移動ステージ１２０は、下面にガイド面１１２上を空気圧を介して浮上する静圧空気軸受け１３０を有する。

また、移動ステージ１２０は、Ｘ方向駆動用コイル１２２とＹ方向駆動用コイル１２４とを有し、制御装置９０からの制御信号が各コイルに印加されることにより移動方向を制御される。

プラテン１１０及び移動ステージ１２０は、鉄などの導電性金属材により形成されており、夫々監視装置１８０の信号線６６，７６が接続されている。尚、信号線６６には、プラテン１１０に移動ステージ１２０が接触(短絡)したときの障害を防止するための抵抗Ｒが設けられている。

監視装置１８０は、プラテン１１０と移動ステージ１２０との間の電圧変化を検出する電圧検出回路１５０と、判定回路１６０、パルス発生器１７０とを有する。パルス発生器１７０は、予め設定された周波数のパルス（矩形波）を出力し、移動ステージ１２０にパルス状の電圧を印加する。

電圧検出回路１５０は、プラテン１１０と移動ステージ１２０との間の電圧変化パターンを検出するCH１と、パルス発生器１４０から出力されたパルスの電圧変化パターンを検出するCH２とを有し、静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態に応じた電圧変化を検出する。判定回路１６０は、ガイド面１１２と静圧空気軸受け１３０との状態に応じたCH１で検出された電圧変化パターンを記憶する記憶手段１６４と、電圧検出回路１５０により検出された検出信号の変化パターンと記憶手段１６４に記憶された電圧変化パターンとを照合する照合手段１６６とを有する。そして、判定回路１６０は、電圧検出回路１５０のCH1で検出された検出信号Ａの変化パターンがどの電圧変化パターンと一致するかを照合し、照合結果に応じて静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態を判定する。

図６（Ａ）は静圧空気軸受け１３０がガイド面１１２に非接触の場合の検出信号Ａの変化パターンを示す波形図である。図６（Ｂ）は静圧空気軸受け１３０の一部がガイド面１１２に部分的に接触した場合の検出信号Ａの変化パターンを示す波形図である。図６（Ｃ）は静圧空気軸受け１３０がガイド面１１２に接触した場合の検出信号Ａの変化パターンを示す波形図である。上記図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す各波形は、記憶手段１６４に記憶されている。そして、照合手段１６６では、電圧検出回路１５０のCH1で検出された検出信号Aの変化パターンと記憶手段１６４に記憶された各電圧変化パターンとを照合する。

照合手段１６６は、上記図６（Ａ）〜（Ｃ）の各波形図を比較し、照合することにより、静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態（接触の有無）を正確に判定することが可能になる。

例えば、電圧検出回路１５０のCH1で検出された検出信号Aの変化パターンが図６（Ａ）に示す波形とほぼ一致したときは、静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２とが非接触（正常）と判定する。また、電圧検出回路１５０のCH1で検出された検出信号Aの変化パターンが図６（Ｂ）に示す波形とほぼ一致したときは、静圧空気軸受け１３０の一部がガイド面１１２に部分的に接触した接触状態（異常）と判定する。また、電圧検出回路１５０のCH1で検出された検出信号Aの変化パターンが図６（Ｃ）に示す波形とほぼ一致したときは、静圧空気軸受け１３０がガイド面１１２に接触した接触状態（異常）と判定する。

このように、監視装置１８０は、電圧検出回路１５０によって検出された電圧変化パターンと記憶手段１６４に記憶された各圧変化パターンとを照合することで静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態が非接触か接触かを正確に判定することが可能になり、判定結果の信頼性をより高められる。

図７はステージ装置１００のプラテン１１０と移動ステージ１２０をコンデンサとしてモデル化した図である。図７に示されるように、プラテン１１０と移動ステージ１２０は、信号線６６，７６を介して通電されることによりコンデンサとして扱うことが可能になる。すなわち、プラテン１１０と移動ステージ１２０との間の間隔が変化するのに伴って静電容量が変化する。

静圧空気軸受け１３０のエアギャップ（プラテン１１０と移動ステージ１２０との隙間）に対して抵抗Ｒが直列に接続されており、且つエアギャップにはパルス発生器１４０から出力されたパルス波による電圧が印加されている。従って、エアギャップは、可変コンデンサＣｇと可変抵抗Ｒｇとが並列に接続されたものとしてモデル化できる。可変コンデンサＣｇの静電容量は、プラテン１１０と移動ステージ１２０との間の静電容量（平板コンデンサとして近似）、抵抗Ｒｇはプラテン１１０と移動ステージ１２０とが接触した場合に対応する。移動ステージ１２０がプラテン１１０から浮上して非接触状態のとき、可変抵抗はＲｇ＝∞、移動ステージ１２０がプラテン１１０に接触状態のとき、可変抵抗はＲｇ＝０になる。

以下、プラテン１１０と移動ステージ１２０との状態に応じて得られた電圧波形からエアギャップの静電容量Ｃｇ及び漏れ電流Ｉ_２に対する抵抗値Ｒｇを算出する方法について説明する。

まず、図７に示す系の伝達関数Ｇ（ｓ）を次式（１）を用いて導出する。

最終値の定理により、Ｖｉ＝Ｖ／ｓのステップ入力に対する最終値は、次式（２）のようになる。

ｖ_０(∞)の値は、実験により求まる。

次に、静電容量Ｃｇをステップ応答の時定数から求める。

ｖ_０(ｔ)の時系列データは、実験値として得られるので、ｙ（ｔ）を計算して最小二乗法を適用することにより、ｔｙグラフ（図示せず）の傾きの逆数として時定数Ｔが求められる。さらに、（１）式より静電容量が求まる。

上記エアギャップ（プラテン１１０と移動ステージ１２０との隙間）が平板コンデンサに近似できると仮定すると、静電容量と浮上量の関係は、次式（６）のようになる。

従って、プラテン１１０と移動ステージ１２０との隙間が変化して浮上量が減少した場合には、エアギャップの静電容量が変化する。そのため、実施例４では、図８に示されるように、監視装置１８０をプラテン１１０と移動ステージ１２０との間の静電容量を検出する静電容量検出回路１９０と、静電容量判定回路２００、パルス発生器１７０とにより構成する。

そして、静電容量検出回路１９０は、プラテン１１０と移動ステージ１２０との間の静電容量変化を検出するCH１と、パルス発生器１４０から出力されたパルスの静電容量変化を検出するCH２とを有し、エアギャップに応じた静電容量の変化を検出する。静電容量判定回路２００は、ガイド面１１２と静圧空気軸受け１３０との状態に応じた静電容量を記憶する記憶手段２０４と、静電容量検出回路１９０により検出された静電容量の変化パターンと記憶手段２０４に記憶された静電容量変化パターンとを照合する照合手段２０６とを有する。そして、静電容量判定回路２００は、静電容量検出回路１９０のCH1で検出された静電容量検出信号Aの変化パターンがどの変化パターンと一致するかを照合し、照合結果に応じて静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態を判定する。

従って、本実施例では、静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との間隔に応じた静電容量を検出することにより、静圧空気軸受け１３０がガイド面１１２に接触したか否かを電気的に監視することができ、検出精度を高めることが可能になる。

また、静電容量判定回路２００が、ガイド面１１２と静圧空気軸受け１３０とが接触したときの静電容量の変化を記憶し、検出された静電容量の変化パターン（または変化した値または変化率など）に基づいて予め記憶された静電容量のデータとを照合することで静圧空気軸受け１３０がガイド面１１２に接触したか否かを判定するため、より高精度に接触の有無を判定することが可能になる。

また、上記エアギャップの静電容量の変化に対応するステップ応答の立ち上がり時定数に基づいて静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態を判定することも可能である（図６（Ａ）参照）。

また、静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２とが接触した場合、あるいは静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との間に異物が挟まった場合は、漏れ電流Ｉ_２が発生し、ステップ入力の最終値が変化する（図６（Ｂ）（Ｃ）参照）。

従って、監視装置１８０によりエアギャップの静電容量の変化パターンを照合する方法を用いても良いし、あるいはステップ応答の立ち上がり時定数、あるいは漏れ電流Ｉ_２の変化、あるいはステップ入力の最終値に基づいて静圧空気軸受け１３０とガイド面１１２との状態を判定する方法を用いることが可能である。

図９は実施例５の構成を模式的に示す図である。図９に示されるように、ベース１２が鉄などの導電性を有する金属により形成され、且つ静圧空気軸受け２２が導電性を有しない材質（例えば、セラミックスなど）により形成されていた場合は、静圧空気軸受け２２の空気吐出パッド６２の下面に可動側電極としての導電性金属膜３００を形成する。

この導電性金属膜３００は、空気吐出パッド６２の空気吐出孔を塞がないように形成される。この導電性金属膜３００の形成方法としては、例えば、めっき法などの薄膜形成法、あるいは導電塗料を塗布するインクジェットノズルなどを用いた印刷法などが考えられる。

従って、静圧空気軸受け２２が非導電性材により形成された場合でも導電性金属膜３００を形成することにより、圧空気軸受け２２がベース１２のガイド面１２ａに接触したか否かを判定することが可能になる。

図１０は実施例６の構成を模式的に示す図である。図１０に示されるように、ベース１２が石などの非導電性の材料により形成され、且つ静圧空気軸受け２２が導電性を有しない材質（例えば、セラミックスなど）により形成されていた場合は、ベース１２の上面に固定側電極としての導電性金属膜３１０を形成し、静圧空気軸受け２２の空気吐出パッド６２の下面に可動側電極としての導電性金属膜３００を形成する。

このように、静圧空気軸受け２２及びベース１２が非導電性材により形成された場合でも導電性金属膜３００，３１０を形成することにより、圧空気軸受け２２がベース１２のガイド面１２ａに接触したか否かを判定することが可能になる。

上記実施例では、ステージ装置の静圧空気軸受けを例に挙げて説明したが、これに限らず、ステージ装置以外の装置においても静圧空気軸受けにより移動体を浮上させて移動させる構成であれば、本発明を適用できるのは勿論である。

本発明による静圧空気軸受け監視装置の一実施例が適用されたステージ装置を示す斜視図である。 実施例１の静圧空気軸受け２２の取付状態を拡大して示す縦断面図である。 静圧空気軸受け２２の状態を監視する監視装置を示すブロック図である。 実施例２の構成を示すブロック図である。 実施例３の構成を示すブロック図である。 静圧空気軸受けとガイド面との状態に応じた検出信号の変化を示す波形図である。 ステージ装置１００のプラテン１１０と移動ステージ１２０をコンデンサとしてモデル化した図である。 実施例４の構成を示すブロック図である。 実施例５の構成を模式的に示す図である。 実施例６の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ ステージ装置
１２ ベース
１２ａ，１１２ ガイド面
１４，１６ ガイドレール
１４ａ，１６ａ Ｙ方向ガイド面
１８ Ｙステージ
１８ｂ，１８ｃ スライダ
１８ｄ，１８ｅ Ｘ方向ガイド面
２０，２２_１〜２２_３，３２_１〜３２_４，３４_１〜３４_３，１３０ 静圧空気軸受け
３０ Ｘステージ
３６ Ｙ１リニアモータ
３８ Ｙ２リニアモータ
４２ Ｘリニアモータ
６０ 固定側電極
６２ 空気吐出パッド
６４ パッドハウジング
６６，７６ 信号線
８０，１８０ 監視装置
８２，１５０ 電圧検出回路
８４，１６０ 判定回路
８６ 報知手段
９０ 制御装置
１１０ プラテン
１２０ 移動ステージ
１６４，２０４ 記憶手段
１６６，２０６ 照合手段
１７０ パルス発生器
１９０ 静電容量検出回路
２００ 静電容量判定回路
３００，３１０ 導電性金属膜

Claims (7)

1. ガイド面に形成された固定電極と前記ガイド面に対して空気圧により浮上して移動する静圧空気軸受けに形成された可動電極と間に所定電圧を印加し、前記固定電極と前記可動電極との間の状態に応じた電気的変化を検出する検出手段と、
   前記検出手段により得られた検出信号の変化に応じて前記ガイド面に対する前記静圧空気軸受けの接触の有無を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする静圧空気軸受け監視装置。
2. 前記検出手段は、前記ガイド面と前記静圧空気軸受けとの間の電位差に応じた検出信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の静圧空気軸受け監視装置。
3. 前記検出手段は、前記ガイド面と前記静圧空気軸受けとの間隔に応じた静電容量の検出信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の静圧空気軸受け監視装置。
4. 前記判定手段は、
   前記ガイド面と前記静圧空気軸受けとが接触したときの電圧の変化を記憶する記憶手段と、
   前記検出手段により検出された検出信号の変化と前記記憶手段に記憶された電圧の変化とを照合する照合手段と、
   を有し、前記検出信号と前記電圧との変化パターンが一致した場合に前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したものと判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の静圧空気軸受け監視装置。
5. 前記判定手段により前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したものと判定された場合には、前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したことを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の静圧空気軸受け監視装置。
6. ガイド面に対して空気圧により浮上して移動する静圧空気軸受けを有するステージと、該ステージを駆動する駆動手段と、該駆動手段を制御する制御手段とを備えたステージ装置において、
   前記制御手段は、前記静圧空気軸受けが前記ガイド面に接触したか否かを監視する監視手段を備えたことを特徴とするステージ装置。
7. 前記監視手段は、前記請求項１乃至５の何れかに記載の静圧空気軸受け監視装置であることを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。

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