JP2013024701A - Position sensor, measuring system, and plane stage - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the displacement of an object to be measured with a simple structure using electrostatic capacitance.SOLUTION: The present invention provides a position sensor 100 for measuring the position of a moving stage. The position sensor 100 comprises: first movable electrodes 131 partially inserted between a first pair of fixed opposite electrodes 111 and 121; second movable electrodes 132 partially inserted between a second pair of fixed opposite electrodes 112 and 122; and third movable electrodes 133 partially inserted between a third pair of fixed opposite electrodes 113 and 123. The first opposite electrodes are disposed in a position shifted in a first direction with respect to the second opposite electrodes, and the third opposite electrodes are disposed in a position shifted in a second direction with respect to the first opposite electrodes.

Description

本発明は、静電容量式位置センサに関し、特に電極の対向面積の変化に起因する静電容量の変化を利用する平面ステージ用の位置センサに関する。   The present invention relates to a capacitance type position sensor, and more particularly to a position sensor for a planar stage that utilizes a change in capacitance caused by a change in the facing area of electrodes.

産業用ロボットや半導体製造装置などの位置決め装置等としてXYステージが利用されている。XYステージは、X軸(左右)方向とY軸(縦)方向に移動ステージを駆動する平面リニアモータと、移動ステージの位置を計測する位置センサとを備えている。位置センサとしては、たとえばレーザ測長器のような光学式センサを使用する光学方式(たとえば特許文献1)が一般的に普及している。しかしながら、光学方式は、高額な光学式センサを複数必要とし、移動ステージの可動範囲外に光学式センサを配置しなければならず、大型化の要因となっていた。一方、位置センサとして、静電容量方式のものも提案されている(特許文献2)。特許文献2では、移動電極と複数の固定電極の間の対向面積の変動に起因する各静電容量変化に基づいてX軸、Y軸、及びXY平面に垂直な方向の軸回りの回転角度θを計測可能な位置センサが提案されている。   An XY stage is used as a positioning device such as an industrial robot or a semiconductor manufacturing device. The XY stage includes a planar linear motor that drives the moving stage in the X-axis (left and right) direction and the Y-axis (vertical) direction, and a position sensor that measures the position of the moving stage. As the position sensor, for example, an optical system (for example, Patent Document 1) using an optical sensor such as a laser length measuring device is widely used. However, the optical method requires a plurality of expensive optical sensors, and the optical sensors have to be arranged outside the movable range of the moving stage, which has been a factor in increasing the size. On the other hand, as a position sensor, a capacitive sensor has also been proposed (Patent Document 2). In Patent Document 2, the rotation angle θ about the axis in the direction perpendicular to the X axis, the Y axis, and the XY plane is based on each capacitance change caused by the variation in the facing area between the moving electrode and the plurality of fixed electrodes. A position sensor capable of measuring the above has been proposed.

特開2006−194672号公報JP 2006-194672 A 特開2005−168154号公報JP 2005-168154 A

しかし、静電容量に基づいて位置を計測する位置センサでは、移動ステージの微小な移動を対向面積の変化に基づいて検出することが困難であった。移動ステージの移動に起因する静電容量の変化が小さいので、SN比を上げることが難しいからである。   However, it is difficult for a position sensor that measures the position based on the capacitance to detect a minute movement of the moving stage based on a change in the facing area. This is because it is difficult to increase the SN ratio because the change in capacitance due to the movement of the moving stage is small.

本発明は、上述の従来の課題の少なくとも一部を解決するために創作されたものであり、静電容量を利用して簡易な構成で計測対象の変位を計測する技術を提供することを目的とする。   The present invention was created in order to solve at least a part of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique for measuring the displacement of a measurement target with a simple configuration using capacitance. And

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。   Hereinafter, effective means for solving the above-described problems will be described while showing effects and the like as necessary.

手段1.固定部と、前記固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージとを有する平面ステージにおいて、前記移動ステージの位置を計測する位置センサであって、前記固定部に接続され、所定の間隔で相互に対向している第1の固定対向電極対と第2の固定対向電極対と第3の固定対向電極対とを有する固定電極部と、前記移動ステージに接続され、前記第1の固定対向電極対の間に部分的に挿入されている第1の可動電極と、前記第2の固定対向電極対の間に部分的に挿入されている第2の可動電極と、前記第3の固定対向電極対の間に部分的に挿入されている第3の可動電極とを有する可動電極部と、を備え、前記第1の固定対向電極対は、第1の方向に延びている第1の対向電極を有し、前記第2の固定対向電極対は、前記第1の方向と平行に延びている第2の対向電極を有し、前記第3の固定対向電極対は、前記第1の方向と交差する第2の方向に延びている第3の対向電極を有し、前記第1の対向電極は、前記第1の可動電極の挿入状態に応じて変化する第1の静電容量を有し、前記第2の対向電極は、前記第2の可動電極の挿入状態に応じて変化する第2の静電容量を有し、前記第3の対向電極は、前記第3の可動電極の挿入状態に応じて変化する第3の静電容量を有し、前記第1の対向電極は、前記第2の対向電極に対して前記第1の方向にシフトした位置に配置され、前記第3の対向電極は、前記第1の対向電極に対して前記第2の方向にシフトした位置に配置されている位置センサ。   Means 1. In a planar stage having a fixed part and a moving stage that moves relative to the fixed part in a plane, the position sensor measures the position of the moving stage, and is connected to the fixed part, A fixed electrode portion having a first fixed counter electrode pair, a second fixed counter electrode pair, and a third fixed counter electrode pair facing each other at an interval; and connected to the moving stage; A first movable electrode partially inserted between the fixed counter electrode pair, a second movable electrode partially inserted between the second fixed counter electrode pair, and the third A movable electrode portion having a third movable electrode partially inserted between the fixed counter electrode pair, wherein the first fixed counter electrode pair extends in the first direction. Counter electrode, and the second fixed counter electrode pair is formed on the first side. And the third fixed counter electrode pair has a third counter electrode extending in a second direction intersecting the first direction, and The first counter electrode has a first capacitance that changes according to an insertion state of the first movable electrode, and the second counter electrode is in an insertion state of the second movable electrode. The third counter electrode has a third capacitance that changes according to an insertion state of the third movable electrode, and the third counter electrode has a second capacitance that changes in accordance with an insertion state of the third movable electrode. The counter electrode is disposed at a position shifted in the first direction with respect to the second counter electrode, and the third counter electrode is shifted in the second direction with respect to the first counter electrode. Position sensor that is placed at the position.

手段1の位置センサは、第1の方向に延びている第1の対向電極と、これに平行に延びている第2の対向電極とを有し、これらは相互に第1の方向にシフトした位置に配置されているので、移動ステージの回転によって相互に逆方向の静電容量の変化が生じることになる。移動ステージの回転角度は、このような逆方向の静電容量の変化を利用して、第1の対向電極と第2の対向電極の静電容量の差として検出することができる。一方、移動ステージの第2の方向への並進移動は、第1の対向電極と第2の対向電極の和として回転移動の影響を相殺することによって検出することができる。移動ステージの第1の方向への並進移動は、第3の対向電極の静電容量の変化に対して回転移動の影響を補正することによって検出することができる。   The position sensor of the means 1 has a first counter electrode extending in a first direction and a second counter electrode extending in parallel thereto, which are shifted in the first direction relative to each other. Since they are arranged at the positions, the electrostatic capacity changes in the opposite directions due to the rotation of the moving stage. The rotation angle of the moving stage can be detected as a difference in capacitance between the first counter electrode and the second counter electrode by using the change in capacitance in the reverse direction. On the other hand, the translational movement of the moving stage in the second direction can be detected by canceling the influence of the rotational movement as the sum of the first counter electrode and the second counter electrode. The translational movement of the moving stage in the first direction can be detected by correcting the influence of the rotational movement on the change in the capacitance of the third counter electrode.

静電容量の変化は、固定対向電極(第1と第2の対向電極)への可動電極(第1と第2の可動電極)の挿入状態に応じて変化する。本発明者によれば、本静電容量は、固定対向電極と可動電極の平面内(たとえばXY平面内)の相対的な位置関係の変動に応じて変化する一方、その平面に垂直な方向(Z軸方向)の位置関係の変動に応じては原理的に変化しないことを見出した。本知見は、可動電極が挿入された領域においては、固定対向電極間の距離から可動電極の厚みを減じた距離が、固定対向電極の静電容量の決定要因である対向電極間距離と等価となる点に基づくものである。   The change in capacitance changes according to the state of insertion of the movable electrodes (first and second movable electrodes) into the fixed counter electrodes (first and second counter electrodes). According to the present inventor, the capacitance changes in accordance with a change in the relative positional relationship in the plane of the fixed counter electrode and the movable electrode (for example, in the XY plane), while being perpendicular to the plane ( It has been found that there is no change in principle depending on the change in the positional relationship in the Z-axis direction). This finding shows that in the region where the movable electrode is inserted, the distance obtained by subtracting the thickness of the movable electrode from the distance between the fixed counter electrodes is equivalent to the distance between the counter electrodes which is a determinant of the capacitance of the fixed counter electrode. It is based on the point.

これにより、本発明者は、固定対向電極間の平行度(間隔の均一性)と可動電極の平行度(厚みの均一性)だけを高精度にすればよく、固定対向電極と可動電極の組み付け誤差に依存しないことを見出した。この結果、計測可能な変位量と対向電極の組み付け許容公差との間のトレードオフの問題が解決されたことになる。   Accordingly, the present inventor only needs to make the parallelism (uniformity of the gap) between the fixed counter electrodes and the parallelism (thickness uniformity) of the movable electrodes highly accurate. It was found that it does not depend on errors. As a result, the trade-off problem between the measurable displacement amount and the tolerance for assembly of the counter electrode is solved.

手段2.手段1記載の位置センサであって、前記第1の対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である第1の櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を含み、前記第2の対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である第2の櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を含み、前記第3の対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である第3の櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を含む位置センサ。   Mean 2. The position sensor according to means 1, wherein the first counter electrode is a comb-like electrode in which a first comb-like electrode group, which is a plurality of electrode elements extending in parallel with each other, is connected to each other. And the second counter electrode includes a comb-like electrode to which a second comb electrode group, which is a plurality of electrode elements extending in parallel with each other, is connected to each other, and the third counter electrode The counter electrode includes a comb-like electrode in which a third comb electrode group, which is a plurality of electrode elements extending in parallel with each other, is connected to each other.

手段2の位置センサは、第1〜第3の各対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を有しているので、移動ステージの動きに対する静電容量の変化を大きくすることができる。これにより、移動ステージの微小な動きに対する検出精度を向上させることができる。   In the position sensor of the means 2, each of the first to third counter electrodes has a comb-like electrode in which a plurality of comb-teeth electrode groups that are parallel to each other are connected to each other. Therefore, it is possible to increase the change in capacitance with the movement of the moving stage. Thereby, the detection accuracy with respect to the minute movement of the moving stage can be improved.

手段3.手段1又は2に記載の位置センサであって、前記固定電極部は、前記固定部に接続され、前記所定の間隔で相互に対向している第4の対向電極を有し、前記可動電極部は、前記移動ステージに接続され、前記移動ステージで予め設定されている動きの範囲内において前記第4の対向電極の間に全体が挿入されている第4の可動電極を有する位置センサ。   Means 3. The position sensor according to means 1 or 2, wherein the fixed electrode portion includes a fourth counter electrode connected to the fixed portion and facing each other at the predetermined interval, and the movable electrode portion Is a position sensor having a fourth movable electrode connected to the moving stage and entirely inserted between the fourth counter electrodes within a range of movement set in advance on the moving stage.

手段3の位置センサは、移動ステージで予め設定されている動きの範囲内において第4の固定対向電極対の間に全体が挿入されている第4の可動電極を有するので、移動ステージで予め設定されている動きで静電容量が変化しない補正用コンデンサを有することになる。補正用コンデンサは、たとえば温度等の環境変化に起因する静電容量の変化を補償することによって検出精度を高める用途に利用可能である。   Since the position sensor of the means 3 has the fourth movable electrode that is entirely inserted between the fourth fixed counter electrode pair within the range of movement set in advance on the moving stage, it is set in advance on the moving stage. Thus, a correction capacitor whose capacitance does not change due to the movement being performed is provided. The correction capacitor can be used for applications in which detection accuracy is increased by compensating for a change in capacitance caused by an environmental change such as temperature.

手段4.手段1又は2に記載の位置センサであって、前記固定電極部は、前記固定部に接続され、前記所定の間隔で相互に対向している第5の対向電極を有し、前記可動電極部は、前記移動ステージに接続され、前記移動ステージで予め設定されている動きの範囲内において前記第5の対向電極の全体に対向する領域を有する第5の可動電極を有する位置センサ。   Means 4. The position sensor according to means 1 or 2, wherein the fixed electrode portion includes a fifth counter electrode connected to the fixed portion and facing each other at the predetermined interval, and the movable electrode portion Is a position sensor having a fifth movable electrode connected to the moving stage and having a region facing the entirety of the fifth counter electrode within a range of movement set in advance on the moving stage.

手段4の位置センサは、移動ステージで予め設定されている動きの範囲内において第5の固定対向電極の全体に対向する領域を有する第5の可動電極を有するので、移動ステージで予め設定されている動きでは静電容量が変化しない補正用コンデンサを有することになる。補正用コンデンサは、たとえば温度等の環境変化に起因する静電容量の変化を補償することによって検出精度を高める用途に利用可能である。   The position sensor of the means 4 has a fifth movable electrode having a region facing the whole of the fifth fixed counter electrode within the range of movement set in advance on the moving stage. In some movements, a correction capacitor whose capacitance does not change is provided. The correction capacitor can be used for applications in which detection accuracy is increased by compensating for a change in capacitance caused by an environmental change such as temperature.

手段5.手段1乃至4のいずれか1項に記載の位置センサであって、前記第1の方向は、前記第2の方向と略垂直に交差している位置センサ。   Means 5. The position sensor according to any one of means 1 to 4, wherein the first direction intersects the second direction substantially perpendicularly.

手段5の位置センサでは、第1の方向が第2の方向と略垂直に交差しているので、第1の方向の変位と第2の方向の変位とを分離して直接検出することができる。   In the position sensor of the means 5, since the first direction intersects the second direction substantially perpendicularly, the displacement in the first direction and the displacement in the second direction can be separated and directly detected. .

手段6.固定部と、前記固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージとを有する平面ステージにおいて、前記移動ステージの位置を計測する計測システムであって、手段1乃至5のいずれか1項に記載の位置センサと、前記第1の対向電極の第1静電容量と、前記第2の対向電極の第2静電容量と、前記第3の対向電極の第3静電容量と、を検出する静電容量検出部と、前記第1静電容量と前記第2静電容量の和に基づいて前記第2の方向の変位を計測し、前記第1静電容量と前記第2静電容量の差に基づいて前記移動ステージの回転角度を計測し、前記第3静電容量と前記差とに基づいて前記第1の方向の変位を計測する計測部とを備える計測システム。   Means 6. A measuring system for measuring a position of the moving stage in a flat stage having a fixed portion and a moving stage that moves relative to the fixed portion in a plane, and is any one of means 1 to 5. A first capacitance of the first counter electrode, a second capacitance of the second counter electrode, and a third capacitance of the third counter electrode. A displacement in the second direction is measured based on a capacitance detection unit to be detected and the sum of the first capacitance and the second capacitance, and the first capacitance and the second capacitance are measured. A measurement system comprising: a measurement unit that measures a rotation angle of the movable stage based on a difference in capacitance and measures a displacement in the first direction based on the third capacitance and the difference.

手段6では、手段1乃至5のいずれか1つに記載の位置センサを効果的に使用する計測システムとして本発明が具現化されている。   In the means 6, the present invention is embodied as a measurement system that effectively uses the position sensor described in any one of the means 1 to 5.

手段7.平面ステージであって、固定部と、前記固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージと、手段6記載の計測システムと、前記計測値に基づいて前記平面内で前記移動ステージを駆動する平面リニアモータと、を備える平面ステージ。   Mean 7 A planar stage, a movable stage that moves relative to the stationary part in a plane; a measurement system according to means 6; and the movable stage in the plane based on the measurement value. A planar stage comprising: a planar linear motor for driving.

手段7では、手段6に記載の計測システムを効果的に使用する平面ステージとして本発明が具現化されている。   In the means 7, the present invention is embodied as a planar stage that effectively uses the measurement system described in the means 6.

手段8.手段7記載のステージであって、前記平面リニアモータは、前記平面に垂直な方向に前記移動ステージを支持することによって前記固定部に対して非接触での前記平面内の移動を許容するエア軸受けを備えている平面ステージ。   Means 8. The stage according to claim 7, wherein the planar linear motor supports the movement stage in a direction perpendicular to the plane to allow movement in the plane without contact with the fixed portion. A flat stage equipped with.

手段8では、平面リニアモータが平面に垂直な方向に移動ステージを支持することによって平面内の移動を許容するエア軸受けを備えているので、移動ステージを非接触で支持してヒステリシスが殆ど無い微小な駆動を簡易に実現することができる。エア軸受けは、空気圧で浮上させる方式なので浮上時の移動ステージのZ軸方向の高さや傾斜を許容すると設計が容易となる。上述の各手段は、固定対向電極と固定電極の組み付け誤差によって位置検出精度に影響を与えないので、エア軸受けの好ましい特性を効果的に利用することができる。   The means 8 includes an air bearing that allows movement in a plane by a plane linear motor supporting the movement stage in a direction perpendicular to the plane, so that the movement stage is supported in a non-contact manner and has little hysteresis. Can be easily realized. Since the air bearing is lifted by air pressure, the design is facilitated by allowing the height and inclination of the moving stage in the Z-axis direction when floating. Each of the above-described means does not affect the position detection accuracy due to an assembly error between the fixed counter electrode and the fixed electrode, and therefore, preferable characteristics of the air bearing can be effectively used.

なお、本発明は、位置センサや計測システム、平面ステージといった形態だけでなく、計測方法、計測システムを実現するコンピュータプログラム及びそのプログラムを格納する記録媒体等の形態で実現することもできる。   The present invention can be realized not only in the form of a position sensor, a measurement system, and a planar stage, but also in the form of a measurement method, a computer program for realizing the measurement system, and a recording medium for storing the program.

本発明の実施形態における平面ステージ10の断面を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross section of the plane stage 10 in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における固定対向電極板120の平面図。The top view of the fixed counter electrode plate 120 in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における可動電極130の平面図。The top view of the movable electrode 130 in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における電極パターンの構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the electrode pattern in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における計測原理を示す模式図と計算式とを表す説明図。Explanatory drawing showing the schematic diagram and calculation formula which show the measurement principle in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるY軸方向の変位と回転角度θを計測する様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that the displacement and rotation angle (theta) of the Y-axis direction in embodiment of this invention are measured. 本発明の実施形態におけるX軸方向の変位が検出される様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that the displacement of the X-axis direction in embodiment of this invention is detected. 本発明の実施形態におけるX軸方向の変位を計測するための櫛歯電極113,123の静電容量を示すグラフ。The graph which shows the electrostatic capacitance of the comb-tooth electrodes 113 and 123 for measuring the displacement of the X-axis direction in embodiment of this invention.

本実施形態は、移動ステージのX軸方向とY軸方向の並進移動と回転角度θを計測する位置センサを備える平面ステージについて具体化している。以下、本発明を具体化した実施形態を以下の順序で説明する。
A.平面ステージの構成:
B.移動ステージの計測方法:
C.変形例:
In the present embodiment, a planar stage including a position sensor that measures translational movement in the X-axis direction and Y-axis direction of the moving stage and a rotation angle θ is embodied. Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in the following order.
A. Planar stage configuration:
B. Measuring method of moving stage:
C. Variations:

A.平面ステージの構成:
図1は、本発明の実施形態における平面ステージ10の断面を示す断面図である。平面ステージ10は、ワークとしてのウェハ(図示せず)をハンドリングする際のワークの位置と向きとを微調整するための装置である。平面ステージ10は、製造施設(図示せず)に固定される固定部200と、固定部200に対して相対的に移動する可動部30とを備えている。固定部200と可動部30とは、いずれも平面視(XY面)において正方形の形状を有している。固定部200は、可動部30よりも大きな外形寸法で構成されている。
A. Planar stage configuration:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a planar stage 10 in an embodiment of the present invention. The planar stage 10 is a device for finely adjusting the position and orientation of a workpiece when handling a wafer (not shown) as a workpiece. The flat stage 10 includes a fixed part 200 fixed to a manufacturing facility (not shown) and a movable part 30 that moves relative to the fixed part 200. The fixed part 200 and the movable part 30 both have a square shape in plan view (XY plane). The fixed part 200 is configured with a larger outer dimension than the movable part 30.

固定部200は、内部が空洞となっている角筒形状の角筒部210と、角筒部210の底部を構成する正方形底部220と、正方形底部220に形成されている貫通孔である孔部230と、電磁リニアモータの固定子を構成する固定子ユニット240と、浮上ユニット250と、位置センサ100とを備えている。一方、可動部30は、半導体ウェハ等のワークを吸着するウェハチャック(図示せず)を装着するための角柱形状のチャックベース31と、円筒形状の段付軸部32と、電磁リニアモータの可動子を構成する可動子ユニット33とを備えている。   The fixing part 200 includes a rectangular tube-shaped square tube part 210 that is hollow inside, a square bottom part 220 that constitutes the bottom of the square tube part 210, and a hole that is a through hole formed in the square bottom part 220. 230, a stator unit 240 constituting a stator of the electromagnetic linear motor, a levitation unit 250, and a position sensor 100. On the other hand, the movable portion 30 is a prismatic chuck base 31 for mounting a wafer chuck (not shown) for attracting a workpiece such as a semiconductor wafer, a cylindrical stepped shaft portion 32, and a movable electromagnetic linear motor. And a mover unit 33 constituting a child.

固定子ユニット240は、磁性体で形成されているベース部241を有している。ベース部241は、ベース部241の一部として突出している複数の円柱形状の磁心部244a,244b等を有している。複数の磁心部244a,244b等の外形側には、それぞれ環状のコイル242a,242b等が装着されている。複数の磁心部244a,244b等の端部側には、永久磁石であるマグネット部243a,243b等が装着されている。複数の磁心部244a,244b等は、コイル242a,242b等に流れる電流を操作してXY面内で可動部30を駆動することができる。マグネット部243a,243b等は、可動部30をZ軸方向に吸引して持ち上げる機能を果たしている。   The stator unit 240 has a base portion 241 formed of a magnetic material. The base portion 241 has a plurality of cylindrical magnetic core portions 244a, 244b and the like protruding as part of the base portion 241. Ring coils 242a, 242b and the like are mounted on the outer sides of the plurality of magnetic core portions 244a and 244b, respectively. Magnet portions 243a, 243b, etc., which are permanent magnets, are mounted on the end sides of the plurality of magnetic core portions 244a, 244b, etc. The plurality of magnetic core portions 244a and 244b and the like can drive the movable portion 30 in the XY plane by operating a current flowing through the coils 242a and 242b and the like. The magnet parts 243a, 243b, etc. fulfill the function of attracting and lifting the movable part 30 in the Z-axis direction.

可動子ユニット33は、複数の磁心部244a,244b等にZ軸方向に対向する磁性体の突起部34a,34b等を備えている。突起部34a,34b等は、磁性体なのでマグネット部243a,243b等によってZ軸方向に吸着されるとともに、コイル242a,242b等によって生成される磁界によってXY面内で駆動される。   The mover unit 33 includes magnetic projections 34a, 34b and the like facing the Z axis direction on the plurality of magnetic core portions 244a, 244b and the like. Since the protrusions 34a, 34b, etc. are magnetic, they are attracted in the Z-axis direction by the magnets 243a, 243b, etc., and are driven in the XY plane by a magnetic field generated by the coils 242a, 242b, etc.

浮上ユニット250は、マグネット部243a,243b等によって吸引されている可動部30を、固定部200から微小量だけ下方に離隔させて可動部30のXY平面内の円滑な移動を実現するためのエア軸受けである。浮上ユニット250は、多孔質部材252から圧縮空気を噴出させてチャックベース31との間に空気層を形成し、これにより固定部200から可動部30を下方に離隔させる。圧縮空気は、浮上ユニット本体251に形成されている3つの環状の空気流路253,254,255を介して多孔質部材252に供給される。   The levitation unit 250 is an air for moving the movable part 30 attracted by the magnet parts 243a, 243b and the like downward by a minute amount from the fixed part 200 to realize a smooth movement of the movable part 30 in the XY plane. It is a bearing. The levitation unit 250 ejects compressed air from the porous member 252 to form an air layer with the chuck base 31, thereby separating the movable part 30 from the fixed part 200 downward. The compressed air is supplied to the porous member 252 through three annular air flow paths 253, 254, 255 formed in the floating unit main body 251.

このように、可動部30は、マグネット部243a,243b等の吸引力と浮上ユニット250による空気力で固定部200から離隔した非接触状態とし、低ヒステリシスでの微小な駆動を実現することができる。   Thus, the movable part 30 can be in a non-contact state separated from the fixed part 200 by the attraction force of the magnet parts 243a, 243b and the like and the aerodynamic force by the levitation unit 250, and can realize minute driving with low hysteresis. .

位置センサ100は、固定部200に対する可動部30の並進変位と回転角度θとを計測するためのセンサである。位置センサ100は、可動部30に装着されている可動電極130と、固定部200に装着されている固定電極部とを備えている。固定電極部は、平面視で正方形の外形を有する一対の固定対向電極板110,120と、付加電極板160と、第1離隔部材140と、第2離隔部材150とを備えている。なお、可動電極130は、可動電極部とも呼ばれる。   The position sensor 100 is a sensor for measuring the translational displacement and the rotation angle θ of the movable part 30 with respect to the fixed part 200. The position sensor 100 includes a movable electrode 130 attached to the movable part 30 and a fixed electrode part attached to the fixed part 200. The fixed electrode section includes a pair of fixed counter electrode plates 110 and 120 having a square outer shape in plan view, an additional electrode plate 160, a first separation member 140, and a second separation member 150. The movable electrode 130 is also referred to as a movable electrode portion.

一対の固定対向電極板110,120と付加電極板160とは、平面視(XY平面)で正方形の外形を有している。可動電極130は、一対の固定対向電極板110,120の間にその一部が挿入され、固定対向電極板110,120や付加電極板160よりも一回り小さな正方形の外形(XY平面の平面視)を有している。第1離隔部材140は、一対の固定対向電極板110,120の離隔距離を確保するための部材である。第2離隔部材150は、固定対向電極板110と付加電極板160の離隔距離を確保するための部材である。   The pair of fixed counter electrode plates 110 and 120 and the additional electrode plate 160 have a square outer shape in plan view (XY plane). A part of the movable electrode 130 is inserted between a pair of fixed counter electrode plates 110 and 120, and the outer shape of the square is slightly smaller than the fixed counter electrode plates 110 and 120 and the additional electrode plate 160 (plan view of the XY plane). )have. The first separation member 140 is a member for ensuring a separation distance between the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120. The second separation member 150 is a member for ensuring a separation distance between the fixed counter electrode plate 110 and the additional electrode plate 160.

付加電極板160は、角筒部210の内腔部に形成されている平坦面211に当接することによって固定部200の角筒部210に固定されている。固定対向電極板110は、第2離隔部材150を介して予め設定された離隔間隔を確保して付加電極板160に対して固定されている。固定対向電極板120は、第1離隔部材140を介して予め設定された離隔間隔を確保して固定対向電極板110に対して固定されている。浮上ユニット250は、固定対向電極板120を介して角筒部210に固定されていることになる。   The additional electrode plate 160 is fixed to the square tube portion 210 of the fixed portion 200 by abutting against a flat surface 211 formed in the lumen portion of the square tube portion 210. The fixed counter electrode plate 110 is fixed to the additional electrode plate 160 with a predetermined separation interval being secured via the second separation member 150. The fixed counter electrode plate 120 is fixed to the fixed counter electrode plate 110 with a predetermined separation interval being secured via the first separation member 140. The levitation unit 250 is fixed to the square tube portion 210 via the fixed counter electrode plate 120.

このような構成により、固定部200に対する可動部30の動きに応じて、可動電極130に対して一対の固定対向電極板110,120がXY平面内で相対的に動くことになる。   With such a configuration, the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120 move relative to the movable electrode 130 in the XY plane in accordance with the movement of the movable unit 30 with respect to the fixed unit 200.

なお、付加電極板160の上面と固定対向電極板120の下面とには、それぞれ接地されたシールド電極が形成されている。これにより、位置センサ100は、外部の電界や磁界からの影響を抑制して高精度の計測を実現することができる。一方、付加電極板160の下面と固定対向電極板110の上面とには、補正用コンデンサを構成するための一対の対向電極(図示省略)が形成されている。   A grounded shield electrode is formed on the upper surface of the additional electrode plate 160 and the lower surface of the fixed counter electrode plate 120, respectively. Thereby, the position sensor 100 can implement | achieve a highly accurate measurement, suppressing the influence from an external electric field or a magnetic field. On the other hand, a pair of counter electrodes (not shown) for forming a correction capacitor are formed on the lower surface of the additional electrode plate 160 and the upper surface of the fixed counter electrode plate 110.

補正用コンデンサは、予め設定されている可動部30の動きで静電容量が変化しないコンデンサである。補正用コンデンサは、たとえば温度等の環境変化に起因する静電容量の変化を補償することによって検出精度を高める用途に利用可能である。   The correction capacitor is a capacitor whose capacitance does not change due to the movement of the movable unit 30 set in advance. The correction capacitor can be used for applications in which detection accuracy is increased by compensating for a change in capacitance caused by an environmental change such as temperature.

図2は、本発明の実施形態における固定対向電極板120の平面図(上面)である。図3は、本発明の実施形態における可動電極130の平面図(上面)である。固定対向電極板120には、3個の櫛歯電極121〜123と、補正用対向電極板114とを有する電極パターンが表面に形成されている。固定対向電極板110の下面には、固定対向電極板120の電極パターンに対向する形状の電極パターンが形成されている。これにより、平面視で図2に示される対向電極パターンを構成することができる。   FIG. 2 is a plan view (upper surface) of the fixed counter electrode plate 120 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view (upper surface) of the movable electrode 130 in the embodiment of the present invention. On the fixed counter electrode plate 120, an electrode pattern having three comb-tooth electrodes 121 to 123 and a correction counter electrode plate 114 is formed on the surface. On the lower surface of the fixed counter electrode plate 110, an electrode pattern having a shape facing the electrode pattern of the fixed counter electrode plate 120 is formed. Thereby, the counter electrode pattern shown by FIG. 2 by planar view can be comprised.

このように、補正用コンデンサは、図2〜図4に示されるように、前述の付加電極板160を使用することなく、たとえば一対の固定対向電極板110,120に形成されている補正用対向電極板114を使用して構成するようにしてもよい。具体的には、たとえば一対の固定対向電極板110,120において補正用対向電極板114を形成する一方、可動部30で予め設定されている動きの範囲内において、補正用対向電極板114の間に全体が常に挿入されているように構成されている小さな可動電極138を可動電極130に形成するようにしてもよい。なお、補正用対向電極板114は、第4の対向電極とも呼ばれる。可動電極138は、第4の可動電極とも呼ばれる。   As described above, the correction capacitor is formed on the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120 without using the above-described additional electrode plate 160 as shown in FIGS. You may make it comprise using the electrode plate 114. FIG. Specifically, for example, the correction counter electrode plate 114 is formed by the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120, while the correction counter electrode plate 114 is within the range of movement set in advance by the movable unit 30. In addition, a small movable electrode 138 configured so as to be always inserted as a whole may be formed on the movable electrode 130. The correction counter electrode plate 114 is also referred to as a fourth counter electrode. The movable electrode 138 is also called a fourth movable electrode.

逆に、補正用対向電極板を小さくする一方、可動電極を可動部30で予め設定されている動きの範囲内において補正用対向電極板の全体に対向するような広い領域を有するように構成してもよい。なお、この場合には、補正用対向電極板は、第5の対向電極とも呼ばれる。可動電極は、第5の可動電極とも呼ばれる。   On the contrary, the correction counter electrode plate is made smaller, while the movable electrode is configured to have a wide area facing the entire correction counter electrode plate within the range of movement set in advance by the movable portion 30. May be. In this case, the correction counter electrode plate is also referred to as a fifth counter electrode. The movable electrode is also called a fifth movable electrode.

可動電極130の上面には、3個の電極要素群131〜133と、補正用可動電極138とを有する電極パターンが表面に形成されている。可動電極130の下面には、平面視で可動電極130の上面と同一の電極パターンが形成されている。可動電極130の上面の電極パターンと可動電極130の下面の電極パターンは、それぞれ相互に電気的に接続されている。   An electrode pattern having three electrode element groups 131 to 133 and a correction movable electrode 138 is formed on the upper surface of the movable electrode 130. On the lower surface of the movable electrode 130, the same electrode pattern as that of the upper surface of the movable electrode 130 is formed in plan view. The electrode pattern on the upper surface of the movable electrode 130 and the electrode pattern on the lower surface of the movable electrode 130 are electrically connected to each other.

櫛歯電極123は、X軸方向の変位の計測に使用される移動側の電極である。櫛歯電極123は、X軸方向に垂直な方向に等間隔で延びている4本の電極要素123a、123b、123c、及び123dと、4本の電極要素123a、123b、123c、及び123dを相互に電気的に接続する接続要素123eとを有している。   The comb-tooth electrode 123 is a moving electrode used for measuring displacement in the X-axis direction. The comb electrode 123 includes four electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d extending at equal intervals in a direction perpendicular to the X-axis direction, and the four electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d. And a connection element 123e that is electrically connected to the.

一方、固定対向電極板110の下面には、櫛歯電極123に対向する形状の櫛歯電極113(図示省略)が形成されている。櫛歯電極113は、櫛歯電極123の4本の電極要素123a、123b、123c、及び123dと、接続要素123eとにそれぞれ対向する4本の電極要素113a、113b、113c、及び113dと、接続要素113e(いずれも図示省略)とを有している。   On the other hand, on the lower surface of the fixed counter electrode plate 110, a comb electrode 113 (not shown) having a shape facing the comb electrode 123 is formed. The comb-teeth electrode 113 is connected to the four electrode elements 113a, 113b, 113c, and 113d that face the four electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d of the comb-teeth electrode 123 and the connection element 123e, respectively. Element 113e (both not shown).

2個の櫛歯電極121,122は、相互に対をなし、Y軸方向の変位とZ軸回りの回転角度θの計測に使用される移動側の電極である。櫛歯電極121は、Y軸方向に垂直な方向に等間隔で延びている4本の電極要素121a、121b、121c、及び121dと、4本の電極要素121a、121b、121c、及び121dを相互に電気的に接続する接続要素121eとを有している。櫛歯電極122は、Y軸方向に垂直な方向に等間隔で延びている4本の電極要素122a、122b、122c、及び122dと、4本の電極要素122a、122b、122c、及び122dを相互に電気的に接続する接続要素122eとを有している。   The two comb-shaped electrodes 121 and 122 are paired with each other, and are electrodes on the moving side used for measuring the displacement in the Y-axis direction and the rotation angle θ around the Z-axis. The comb-tooth electrode 121 includes four electrode elements 121a, 121b, 121c, and 121d extending at equal intervals in a direction perpendicular to the Y-axis direction, and the four electrode elements 121a, 121b, 121c, and 121d. And a connection element 121e that is electrically connected to the. The comb electrode 122 includes four electrode elements 122a, 122b, 122c, and 122d extending at equal intervals in a direction perpendicular to the Y-axis direction, and the four electrode elements 122a, 122b, 122c, and 122d. And a connection element 122e that is electrically connected to the terminal.

一方、固定対向電極板110の下面には、櫛歯電極121に対向する形状の櫛歯電極111(図示省略)が形成されている。櫛歯電極111は、櫛歯電極121の4本の電極要素121a、121b、121c、及び121dと、接続要素121eとにそれぞれ対向する4本の電極要素111a、111b、111c、及び111dと、接続要素111eと(いずれも図示省略)を有している。   On the other hand, a comb electrode 111 (not shown) having a shape facing the comb electrode 121 is formed on the lower surface of the fixed counter electrode plate 110. The comb-tooth electrode 111 is connected to the four electrode elements 111a, 111b, 111c, and 111d that face the four electrode elements 121a, 121b, 121c, and 121d of the comb-tooth electrode 121 and the connection element 121e, respectively. It has an element 111e (both not shown).

さらに、固定対向電極板110の下面には、櫛歯電極122に対向する形状の櫛歯電極112(図示省略)が形成されている。櫛歯電極112は、櫛歯電極122の4本の電極要素122a、122b、122c、及び122dと、接続要素122eとにそれぞれ対向する4本の電極要素112a、112b、112c、及び112dと、接続要素112eと(いずれも図示省略)を有している。   Further, a comb-tooth electrode 112 (not shown) having a shape facing the comb-tooth electrode 122 is formed on the lower surface of the fixed counter electrode plate 110. The comb electrode 112 is connected to the four electrode elements 112a, 112b, 112c, and 112d facing the four electrode elements 122a, 122b, 122c, and 122d of the comb electrode 122 and the connection element 122e, respectively. Element 112e and (both not shown) are included.

一方、可動電極130の電極要素群133は、X軸方向の変位の計測に使用される固定側の複数の電極要素である。電極要素群133は、X軸方向に垂直な方向に等間隔で延びている4本の電極要素133a、133b、133c、及び133dを有している。4本の電極要素133a、133b、133c、及び133dは、いずれもY軸方向にWだけの幅を有している。   On the other hand, the electrode element group 133 of the movable electrode 130 is a plurality of fixed-side electrode elements used for measuring displacement in the X-axis direction. The electrode element group 133 includes four electrode elements 133a, 133b, 133c, and 133d that extend at equal intervals in a direction perpendicular to the X-axis direction. The four electrode elements 133a, 133b, 133c, and 133d all have a width of W in the Y-axis direction.

一方、可動電極130の電極要素群131,132は、相互に対をなし、Y軸方向の変位とZ軸回りの回転角度θの計測に使用される移動側の電極要素群である。電極要素群131は、Y軸方向に垂直な方向に等間隔で延びている4本の電極要素131a、131b、131c、及び131dを有している。4本の電極要素131a、131b、131c、及び131dは、いずれもX軸方向にWだけの幅を有している。電極要素群132は、Y軸方向に垂直な方向に等間隔で延びている4本の電極要素132a、132b、132c、及び132dを有している。4本の電極要素132a、132b、132c、及び132dは、いずれもX軸方向にWだけの幅を有している。   On the other hand, the electrode element groups 131 and 132 of the movable electrode 130 are a pair of electrode elements on the moving side that are used to measure the displacement in the Y-axis direction and the rotation angle θ around the Z-axis. The electrode element group 131 includes four electrode elements 131a, 131b, 131c, and 131d extending at equal intervals in a direction perpendicular to the Y-axis direction. All of the four electrode elements 131a, 131b, 131c, and 131d have a width of W in the X-axis direction. The electrode element group 132 includes four electrode elements 132a, 132b, 132c, and 132d that extend at equal intervals in a direction perpendicular to the Y-axis direction. All of the four electrode elements 132a, 132b, 132c, and 132d have a width of W in the X-axis direction.

このような電極パターンは、たとえば金属蒸着や金属板の装着によって形成することができる。可動電極130における上面側と下面側の電気的な接続は、たとえば可動電極130を貫通するビアホールで実現することができる。   Such an electrode pattern can be formed, for example, by metal vapor deposition or mounting of a metal plate. The electrical connection between the upper surface side and the lower surface side of the movable electrode 130 can be realized by a via hole penetrating the movable electrode 130, for example.

なお、4本の電極要素121a、121b、121c、及び121dが延びている方向は、第1の方向と呼ばれる。4本の電極要素123a、123b、123c、及び123dが延びている方向は、第2の方向と呼ばれる。   Note that the direction in which the four electrode elements 121a, 121b, 121c, and 121d extend is referred to as a first direction. The direction in which the four electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d extend is referred to as a second direction.

また、4本の電極要素121a、121b、121c、及び121dと、これにそれぞれ対向する電極要素111a、111b、111c、及び111dの組み合わせは、第1の対向電極と呼ばれる。4本の電極要素122a、122b、122c、及び122dと、これにそれぞれ対向する電極要素112a、112b、112c、及び112dの組み合わせは、第2の対向電極と呼ばれる。4本の電極要素123a、123b、123c、及び123dと、これにそれぞれ対向する電極要素113a、113b、113c、及び113dの組み合わせは、第3の対向電極と呼ばれる。   The combination of the four electrode elements 121a, 121b, 121c, and 121d and the electrode elements 111a, 111b, 111c, and 111d that face each other is referred to as a first counter electrode. The combination of the four electrode elements 122a, 122b, 122c, and 122d and the electrode elements 112a, 112b, 112c, and 112d that face each other is referred to as a second counter electrode. The combination of the four electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d and the electrode elements 113a, 113b, 113c, and 113d that face each other is called a third counter electrode.

図4は、本発明の実施形態における電極パターンの構成を示す説明図である。図4は、一対の固定対向電極板110,120と、これに挿入されている可動電極130の各電極パターンをXY平面に重ねて投影した図である。図4は、初期位置、すなわち、固定部200に対する可動部30の変位と回転がゼロの初期状態を示している。図4から分かるように、これらの電極パターンは、3組の電極ユニットを構成している。3組の電極ユニットは、X軸変位測定用電極ユニット50と、Y軸変位と回転角度θの測定用電極ユニット60と、補正用電極ユニット70とを備えている。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the electrode pattern in the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram in which each electrode pattern of the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120 and the movable electrode 130 inserted therein is projected onto the XY plane. FIG. 4 shows an initial position, that is, an initial state in which the displacement and rotation of the movable part 30 with respect to the fixed part 200 are zero. As can be seen from FIG. 4, these electrode patterns constitute three sets of electrode units. The three sets of electrode units include an X-axis displacement measurement electrode unit 50, a Y-axis displacement and rotation angle θ measurement electrode unit 60, and a correction electrode unit 70.

X軸変位測定用電極ユニット50は、櫛歯電極113,123と、その間に配置されている電極要素群133とを有している。初期位置では、電極要素群133の電極要素133a、133b、133c、及び133dの各々は、櫛歯電極123の電極要素123a、123b、123c、及び123dとXY平面内において半分だけ重なった状態となっている。具体的には、たとえば電極要素133aは、その半分の面積が櫛歯電極123の電極要素123aとX軸方向に重なっている。   The X-axis displacement measuring electrode unit 50 includes comb electrodes 113 and 123 and an electrode element group 133 disposed therebetween. In the initial position, each of the electrode elements 133a, 133b, 133c, and 133d of the electrode element group 133 overlaps the electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d of the comb electrode 123 by half in the XY plane. ing. Specifically, for example, half of the electrode element 133a overlaps with the electrode element 123a of the comb electrode 123 in the X-axis direction.

具体的には、可動部30がX軸方向に移動すると、電極要素群133の電極要素133a、133b、133c、及び133dも一緒にX軸方向に移動し、櫛歯電極123の電極要素123a、123b、123c、及び123dの各々との対向面積が減少することになる。これにより、一対の櫛歯電極113,123(第3の対向電極に対応)の静電容量が減少するので、可動部30のX軸方向の変位を検出することができる。   Specifically, when the movable portion 30 moves in the X-axis direction, the electrode elements 133a, 133b, 133c, and 133d of the electrode element group 133 also move in the X-axis direction together, and the electrode elements 123a of the comb-tooth electrode 123, The facing area with each of 123b, 123c, and 123d is reduced. Thereby, since the electrostatic capacitance of a pair of comb-tooth electrodes 113 and 123 (corresponding to the third counter electrode) decreases, the displacement of the movable portion 30 in the X-axis direction can be detected.

一方、初期位置では、電極要素群133の電極要素133a、133b、133c、及び133dの各々は、Y軸方向において櫛歯電極123の電極要素123a、123b、123c、及び123dの中央部に配置されている状態となっている。電極要素123a、123b、123c、及び123dは、電極要素133a、133b、133c、及び133dの各々がY軸方向においてδだけ変位しても対向面積が変化しないように電極要素133a、133b、133c、及び133dよりも長く形成されている。これにより、Y軸方向における可動部30の変位に影響を受けることなく、X軸方向における可動部30の変位を正確に検出することができる。   On the other hand, in the initial position, each of the electrode elements 133a, 133b, 133c, and 133d of the electrode element group 133 is disposed at the center of the electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d of the comb electrode 123 in the Y-axis direction. It is in the state. The electrode elements 123a, 123b, 123c, and 123d are arranged such that the opposing areas do not change even if each of the electrode elements 133a, 133b, 133c, and 133d is displaced by δ in the Y-axis direction. And longer than 133d. Thereby, the displacement of the movable part 30 in the X-axis direction can be accurately detected without being affected by the displacement of the movable part 30 in the Y-axis direction.

Y軸変位と回転角度θの測定用電極ユニット60は、一対の固定対向電極板110,120の図心点Pを通過するY軸方向の線に対して、それらの端部がそれぞれオフセット量Nだけ離隔した対称な一対の電極として構成されている。すなわち、櫛歯電極121と櫛歯電極122は、Y軸方向の線に対して対称な一対の電極として構成されている。櫛歯電極121と櫛歯電極122は、それぞれ電極要素131,132に対して、上述の櫛歯電極123と電極要素群133の位置関係と同様の相対的な位置関係を有している。   The electrode unit 60 for measuring the Y-axis displacement and the rotation angle θ has an offset amount N corresponding to the Y-axis direction line passing through the centroid P of the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120. It is constituted as a pair of symmetrical electrodes separated only by each other. That is, the comb-tooth electrode 121 and the comb-tooth electrode 122 are configured as a pair of electrodes that are symmetrical with respect to a line in the Y-axis direction. The comb electrode 121 and the comb electrode 122 have a relative positional relationship with respect to the electrode elements 131 and 132, respectively, similar to the positional relationship between the comb electrode 123 and the electrode element group 133 described above.

櫛歯電極123と電極要素群133は、櫛歯電極121と電極要素131に対して図心点Pを時計回りに90度回転した位置に配置されている。すなわち、櫛歯電極123と電極要素群133は、固定対向電極板110,120の図心点Pを通過するX軸方向の線に対して、その端部がオフセット量Nだけ離隔した位置に配置された電極として構成されている。   The comb electrode 123 and the electrode element group 133 are arranged at a position obtained by rotating the centroid P by 90 degrees clockwise with respect to the comb electrode 121 and the electrode element 131. That is, the comb-tooth electrode 123 and the electrode element group 133 are arranged at positions where their ends are separated by an offset amount N with respect to the line in the X-axis direction passing through the centroid P of the fixed counter electrode plates 110 and 120. It is comprised as a made electrode.

このような電極構成は、以下のような方法で効果的に可動部30の変位や回転角度を正確に計測するための静電容量の検出を可能とする。なお、Y軸変位と回転角度θの検出方法とX軸変位についての回転角度θの影響の排除方法については後述する。   Such an electrode configuration makes it possible to detect the capacitance for accurately measuring the displacement and the rotation angle of the movable part 30 effectively by the following method. A method for detecting the Y-axis displacement and the rotation angle θ and a method for eliminating the influence of the rotation angle θ on the X-axis displacement will be described later.

B.移動ステージの計測方法:
図5は、本発明の実施形態における計測原理を示す模式図と計算式とを表す説明図である。図5には、計測用の静電容量Cmesを有するコンデンサCxの構成を示す模式図と、コンデンサCxの等価回路を示す回路図とが示されている。コンデンサCxは、2個のコンデンサC,Cの直列回路に対してコンデンサC3を並列に接続した回路と等価である。
B. Measuring method of moving stage:
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic diagram and a calculation formula showing the measurement principle in the embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a schematic diagram illustrating a configuration of a capacitor Cx having a measurement capacitance Cmes and a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of the capacitor Cx. The capacitor Cx is equivalent to a circuit in which a capacitor C 3 is connected in parallel to a series circuit of two capacitors C 1 and C 2 .

コンデンサCxの静電容量Cmesは、相互に対向する一対の櫛歯電極113,123と電極要素群133,135の重なり合う領域S1(重複領域)の静電容量C12と、一対の櫛歯電極113,123の対向領域うち重なり合わない領域S2(非重複領域)の静電容量C3の和となる。重複領域S1の静電容量C12は、コンデンサC,Cの直列回路の静電容量となり、計算式F1で算出することができる。一方、非重複領域S2の静電容量C3は、誘電率が相違する複数の誘電体を有するコンデンサとなり、計算式F2で算出することができる。したがって、コンデンサCxの静電容量Cmesは、重複領域の静電容量C12と、非重複領域の静電容量C3との和として算出することができる(計算式F3参照)。 Capacitance Cmes of the condenser Cx is the capacitance C 12 of the pair of comb electrodes 113 and 123 and the areas S1 of overlap electrode element group 133 and 135 facing each other (overlapping region), a pair of comb electrodes 113 , 123 is the sum of the capacitance C 3 of the non-overlapping region S2 (non-overlapping region). The capacitance C 12 of the overlapping areas S1 becomes a capacitance of the series circuit of the capacitor C 1, C 2, can be calculated by the formula F1. On the other hand, the electrostatic capacitance C 3 non-overlapping region S2 can be a capacitor having a plurality of dielectric having a dielectric constant different, is calculated by the formula F2. Therefore, the capacitance Cmes of the condenser Cx can be calculated as the sum of the capacitance C 12 of the overlap region, the capacitance C 3 non-overlapping regions (see equation F3).

重複領域S1の静電容量は、電極要素群133の重複領域S1の面積S1と誘電体(たとえば空気)の誘電率ε1とによって決定される。重複領域面積S1は、電極要素群133の挿入量Lと電極要素群133の幅W(図3、図5参照)と電極要素の数(この例では4個)の積として決定される。このように、重複領域の静電容量C12は、計算式F1より電極間距離d1,d3の和に依存する一方、電極間距離d1,d3の各々には依存しないことが分かる。 The capacitance of the overlapping region S1 is determined by the area S1 of the overlapping region S1 of the electrode element group 133 and the dielectric constant ε1 of the dielectric (for example, air). The overlap area S1 is determined as a product of the insertion amount L of the electrode element group 133, the width W of the electrode element group 133 (see FIGS. 3 and 5), and the number of electrode elements (four in this example). Thus, the capacitance C 12 of the overlap region, while dependent on the sum of the inter-electrode distance from formula F1 d1, d3, seen to be independent of the respective inter-electrode distance d1, d3.

一方、非重複領域の静電容量C3は、非重複領域の面積(重複領域面積を減算して算出)と、一対の櫛歯電極113,123の誘電体毎の離隔距離と、誘電体(たとえば空気)の誘電率ε1と、可動電極130の非電極部分の誘電率ε2とによって決定される。このようなコンデンサは、誘電率が相違する複数の誘電体毎の直列コンデンサと等価となることが知られているので、計算式F2で算出することができる。このように、非重複領域の静電容量C3は、計算式F2より電極間距離d1,d3の和(あるいは可動電極130の厚みd2)に依存する一方、電極間距離d1,d3の各々には依存しないことが分かる。 On the other hand, the capacitance C 3 of the non-overlapping region is calculated by subtracting the area of the non-overlapping region (calculated by subtracting the overlapping region area), the separation distance of each pair of comb electrodes 113 and 123, and the dielectric ( For example, the dielectric constant ε1 of air) and the dielectric constant ε2 of the non-electrode portion of the movable electrode 130 are determined. Since such a capacitor is known to be equivalent to a series capacitor for each of a plurality of dielectrics having different dielectric constants, it can be calculated by the calculation formula F2. As described above, the capacitance C 3 of the non-overlapping region depends on the sum of the interelectrode distances d1 and d3 (or the thickness d2 of the movable electrode 130) from the calculation formula F2, and on the interelectrode distances d1 and d3. It turns out that is independent.

このように、本実施形態では、非重複領域の静電容量についても可動電極130のZ軸方向の位置に依存しないので、一対の櫛歯電極113,123の距離の均一性だけを高精度にすればよいことが分かる。   Thus, in this embodiment, since the electrostatic capacitance of the non-overlapping region does not depend on the position of the movable electrode 130 in the Z-axis direction, only the uniformity of the distance between the pair of comb electrodes 113 and 123 is highly accurate. You can see that

電極間距離d1,d2の和は、櫛歯電極113と櫛歯電極123の間の距離から電極要素群133,135間の距離を減じた値である。したがって、本実施形態は、固定対向電極間の距離の均一性と可動電極130の厚みの均一性だけを高精度にすればよく、固定対向電極板110,120と可動電極130の組み付け誤差に依存しないことを見出した。この結果、計測精度とコンデンサ用電極の組み付け許容公差との間のトレードオフの問題が解決されたことになる。   The sum of the inter-electrode distances d1 and d2 is a value obtained by subtracting the distance between the electrode element groups 133 and 135 from the distance between the comb-tooth electrode 113 and the comb-tooth electrode 123. Therefore, in the present embodiment, only the uniformity of the distance between the fixed counter electrodes and the uniformity of the thickness of the movable electrode 130 need only be highly accurate, and depend on the assembly error between the fixed counter electrode plates 110 and 120 and the movable electrode 130. I found it not. As a result, the trade-off problem between the measurement accuracy and the tolerance for assembly of the capacitor electrode is solved.

なお、電極要素133は、可動電極130の下面の電極要素群135とともに第3の可動電極とも呼ばれる。電極要素131は、可動電極130の下面の電極要素群(図示せず)とともに第1の可動電極とも呼ばれる。電極要素132は、可動電極130の下面の電極要素群(図示せず)とともに第2の可動電極とも呼ばれる。   The electrode element 133 is also called a third movable electrode together with the electrode element group 135 on the lower surface of the movable electrode 130. The electrode element 131 is also called a first movable electrode together with an electrode element group (not shown) on the lower surface of the movable electrode 130. The electrode element 132 is also called a second movable electrode together with an electrode element group (not shown) on the lower surface of the movable electrode 130.

図6は、本発明の実施形態におけるY軸方向の変位と回転角度θを計測する様子を示す模式図である。図6(a)は、可動部30の回転角度θがゼロの場合の様子を示している。図6(b)は、可動部30が回転している場合の様子を示している。図6(a)から分かるように、可動部30が回転していない場合には、Y軸方向の変位は、一対の櫛歯電極111,121と電極要素群131の組み合わせ(以下では、左側電極群とも呼ばれる。)と、一対の櫛歯電極112,122と電極要素群132の組み合わせ(以下では、右側電極群とも呼ばれる。)と、によって計測することができる。Y軸方向の変位は、基本的にX軸方向の変位と同一の考え方で計測することができる。   FIG. 6 is a schematic diagram showing how the displacement in the Y-axis direction and the rotation angle θ are measured in the embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a state where the rotation angle θ of the movable part 30 is zero. FIG. 6B shows a state where the movable part 30 is rotating. As can be seen from FIG. 6A, when the movable portion 30 is not rotating, the displacement in the Y-axis direction is a combination of the pair of comb electrodes 111 and 121 and the electrode element group 131 (hereinafter, the left electrode). And a combination of a pair of comb electrodes 112 and 122 and an electrode element group 132 (hereinafter also referred to as a right electrode group). The displacement in the Y-axis direction can be measured basically in the same way as the displacement in the X-axis direction.

一方、Z軸回りの回転角度θは、左側電極群と右側電極群の静電容量の差に基づいて計測することができる。可動部30の回転は、左側電極群と右側電極群とに逆方向の静電容量の変化をもたらすからである。具体的には、反時計回りの回転によって、左側電極群では、重複領域面積Sが増大する一方、右側電極群では、重複領域面積Sが減少している。   On the other hand, the rotation angle θ around the Z axis can be measured based on the difference in capacitance between the left electrode group and the right electrode group. This is because the rotation of the movable portion 30 causes the capacitance change in the opposite direction between the left electrode group and the right electrode group. Specifically, due to counterclockwise rotation, the overlapping region area S increases in the left electrode group, while the overlapping region area S decreases in the right electrode group.

さらに、左側電極群と右側電極群は、前述のように各電極群が延びる方向において固定対向電極板110,120の図心点Pを通過するY軸方向の線に対して対称に配置されている。このような対称な配置によって、左側電極群の静電容量Cy1と右側電極群の静電容量Cy2の和は、回転角度θに起因する影響を排除してY軸方向の変位の計測に利用できる。対称に配置されているので、回転角度θに起因する左側電極群の静電容量Cy1の増加量は、回転角度θに起因する左側電極群の静電容量Cy2の減少量に一致するからである。   Furthermore, the left electrode group and the right electrode group are arranged symmetrically with respect to the line in the Y-axis direction passing through the centroid P of the fixed counter electrode plates 110 and 120 in the direction in which each electrode group extends as described above. Yes. With such a symmetrical arrangement, the sum of the capacitance Cy1 of the left electrode group and the capacitance Cy2 of the right electrode group can be used for measuring the displacement in the Y-axis direction by eliminating the influence caused by the rotation angle θ. . This is because the increase in the capacitance Cy1 of the left electrode group caused by the rotation angle θ coincides with the decrease in the capacitance Cy2 of the left electrode group caused by the rotation angle θ. .

一方、回転角度θに起因する左側電極群の静電容量Cy1の増加量は、X軸方向の変位の計測にも利用可能である。櫛歯電極123と電極要素群133は、櫛歯電極121と電極要素131に対して図心点Pを時計回りに90度回転した位置に同一形状で配置されているからである。換言すると、櫛歯電極123と電極要素群133は、固定対向電極板110,120の図心点Pを通過するX軸方向の線に対して、その端部がオフセット量Nだけ離隔した位置に配置された電極として構成されているからである。   On the other hand, the amount of increase in the capacitance Cy1 of the left electrode group caused by the rotation angle θ can also be used for measuring the displacement in the X-axis direction. This is because the comb-tooth electrode 123 and the electrode element group 133 are arranged in the same shape at a position obtained by rotating the centroid P by 90 degrees clockwise with respect to the comb-tooth electrode 121 and the electrode element 131. In other words, the comb-tooth electrode 123 and the electrode element group 133 are located at positions where their ends are separated by an offset amount N with respect to the line in the X-axis direction passing through the centroid P of the fixed counter electrode plates 110 and 120. This is because it is configured as an arranged electrode.

なお、一対の櫛歯電極111,121は、第1の固定対向電極対とも呼ばれる。一対の櫛歯電極112,122は、第2の固定対向電極対とも呼ばれる。一対の櫛歯電極113,123は、第3の固定対向電極対とも呼ばれる。また、一対の櫛歯電極111,121の静電容量Cy1は、第1静電容量とも呼ばれる。一対の櫛歯電極112,122の静電容量Cy2は、第2静電容量とも呼ばれる。一対の櫛歯電極113,123の静電容量Cxは、第3静電容量とも呼ばれる。   The pair of comb electrodes 111 and 121 is also referred to as a first fixed counter electrode pair. The pair of comb electrodes 112 and 122 is also referred to as a second fixed counter electrode pair. The pair of comb electrodes 113 and 123 is also referred to as a third fixed counter electrode pair. The electrostatic capacity Cy1 of the pair of comb electrodes 111 and 121 is also referred to as a first electrostatic capacity. The electrostatic capacity Cy2 of the pair of comb electrodes 112 and 122 is also called a second electrostatic capacity. The capacitance Cx of the pair of comb electrodes 113 and 123 is also referred to as a third capacitance.

図7は、本発明の実施形態におけるX軸方向の変位が検出される様子を示す模式図である。図8は、本発明の実施形態におけるX軸方向の変位を計測するための相互に対向する一対の櫛歯電極113,123の静電容量を示すグラフである。線L1は、可動部30が回転していない状態(図7(a)〜図7(c))のときの静電容量を示している。線L2は、可動部30が回転した状態(図7(d)〜図7(f))のときの静電容量を示している。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating how the displacement in the X-axis direction is detected in the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a graph showing the capacitance of the pair of comb electrodes 113 and 123 facing each other for measuring the displacement in the X-axis direction in the embodiment of the present invention. A line L1 indicates the capacitance when the movable unit 30 is not rotating (FIGS. 7A to 7C). A line L2 indicates the capacitance when the movable unit 30 is rotated (FIGS. 7D to 7F).

図7(a)は、可動部30の電極要素群133がX軸方向の負側に変位している状態を示し、静電容量は図8のポイントP1に相当する。図7(b)は、可動部30が回転も変位もしていない初期状態を示し、静電容量は図8のポイントP2に相当する。図7(c)は、可動部30がX軸方向の正側に変位している状態を示し、静電容量は図8のポイントP3に相当する。図7(d)は、可動部30が回転しているとともに負側に変位している状態を示し、静電容量は図8のポイントP4に相当する。図7(e)は、可動部30が回転している状態を示し、静電容量は図8のポイントP5に相当する。図7(f)は、可動部30が回転しているとともに正側に変位している状態を示し、静電容量は図8のポイントP6に相当する。   FIG. 7A shows a state where the electrode element group 133 of the movable portion 30 is displaced to the negative side in the X-axis direction, and the capacitance corresponds to the point P1 in FIG. FIG. 7B shows an initial state in which the movable unit 30 is neither rotated nor displaced, and the capacitance corresponds to the point P2 in FIG. FIG. 7C shows a state in which the movable unit 30 is displaced to the positive side in the X-axis direction, and the capacitance corresponds to the point P3 in FIG. FIG. 7D shows a state where the movable portion 30 is rotating and displaced to the negative side, and the capacitance corresponds to the point P4 in FIG. FIG. 7E shows a state where the movable unit 30 is rotating, and the capacitance corresponds to a point P5 in FIG. FIG. 7F shows a state where the movable part 30 is rotating and displaced to the positive side, and the capacitance corresponds to the point P6 in FIG.

図7及び図8から分かるように、可動部30のX軸方向の変位は、可動部30の回転の有無に関わらず静電容量と線形の関係にあることが分かる。2本の線L1,L2は、いずれも直線だからである。一方、可動部30の回転に起因する静電容量の変化は、可動部30のX軸方向の変位に関わらず一定であることが分かる。2本の線L1,L2は、一定のオフセット量でシフトした位置の直線となっているからである。   As can be seen from FIGS. 7 and 8, it can be seen that the displacement of the movable portion 30 in the X-axis direction has a linear relationship with the capacitance regardless of whether the movable portion 30 is rotated. This is because the two lines L1 and L2 are both straight lines. On the other hand, it can be seen that the change in capacitance due to the rotation of the movable part 30 is constant regardless of the displacement of the movable part 30 in the X-axis direction. This is because the two lines L1 and L2 are straight lines at positions shifted by a certain offset amount.

このように、本実施形態では、可動部30の動きは、以下の位置センサ100の以下の検出値を使用して直接的に計測することができる。
(1)回転角度θ:電極ユニット60の左側電極群の静電容量Cy1と右側電極群の静電容量Cy2の差(図4参照)
(2)X軸方向の変位:櫛歯電極113,123の静電容量Cxと左側電極群の静電容量Cy1と右側電極群の静電容量Cy2の差の半分の値(左側電極群分)
(3)Y軸方向の変位:左側電極群の静電容量Cy1と右側電極群の静電容量Cy2の和。
Thus, in this embodiment, the movement of the movable part 30 can be directly measured using the following detection values of the following position sensor 100.
(1) Rotation angle θ: Difference between the capacitance Cy1 of the left electrode group and the capacitance Cy2 of the right electrode group of the electrode unit 60 (see FIG. 4)
(2) Displacement in the X-axis direction: half the difference between the capacitance Cx of the comb electrodes 113 and 123, the capacitance Cy1 of the left electrode group, and the capacitance Cy2 of the right electrode group (for the left electrode group)
(3) Displacement in the Y-axis direction: the sum of the capacitance Cy1 of the left electrode group and the capacitance Cy2 of the right electrode group.

本実施形態は、以下の効果を奏することができる。   The present embodiment can achieve the following effects.

(1)本実施形態の位置センサ100は、計測可能な変位量とコンデンサ用電極の組み付け許容公差との間のトレードオフの問題を解決し、これによりセンサとして理想的な線形特性を有している。本実施形態は、固定対向電極間の平行度(間隔の均一性)と可動電極の平行度(厚みの均一性)だけを高精度にすればよく、たとえば一対の固定対向電極板110,120の離隔間隔と可動電極130の相対的な組み付け誤差が計測精度に影響を与えないからである。   (1) The position sensor 100 of the present embodiment solves the trade-off problem between the measurable displacement amount and the assembly tolerance of the capacitor electrode, and thereby has an ideal linear characteristic as a sensor. Yes. In the present embodiment, only the parallelism (uniformity of spacing) between the fixed counter electrodes and the parallelism (thickness uniformity) of the movable electrodes need to be highly accurate. For example, the pair of fixed counter electrode plates 110 and 120 This is because the relative assembling error between the separation interval and the movable electrode 130 does not affect the measurement accuracy.

(2)本実施形態の位置センサ100では、対向電極(たとえば固定対向電極)の平行度や可動電極の厚みの精度が一般的な機械加工で簡易に実現できるという利点を有している。   (2) The position sensor 100 of this embodiment has an advantage that the parallelism of the counter electrode (for example, the fixed counter electrode) and the accuracy of the thickness of the movable electrode can be easily realized by general machining.

C.変形例:
なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
C. Variations:
The embodiment is not limited to the above contents, and may be implemented as follows, for example.

(1)上記実施の形態では、電極ユニット50と電極ユニット60の各電極要素は、XY平面内において相互に略垂直な方向に延びているが、必ずしも相互に略垂直に伸びている必要は無く、相互に交差する方向に延びていれば計測することができる。ただし、相互に垂直に延びていると、各軸の変位を直接的に独立して検出することができるという利点を有している。   (1) In the above embodiment, each electrode element of the electrode unit 50 and the electrode unit 60 extends in a direction substantially perpendicular to each other in the XY plane, but does not necessarily have to extend substantially perpendicular to each other. If it extends in a direction crossing each other, it can be measured. However, extending perpendicularly to each other has the advantage that the displacement of each axis can be detected directly and independently.

(2)上記実施の形態では、固定対向電極対に対して可動電極が挿入される構成が採用されている。しかしながら、このような構成に限られず、たとえば可動対向電極対に対して固定電極が挿入されるように構成してもよい。ただし、上記実施形態は、固定側対向電極の静電容量を検出すればよく可動側電極側に配線を必要としないので、配線に起因する移動ステージの移動の阻害や可動側電極に移動に起因する配線上の問題をも回避することができるという利点を有している。   (2) In the above embodiment, a configuration in which the movable electrode is inserted into the fixed counter electrode pair is employed. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, a fixed electrode may be inserted into the movable counter electrode pair. However, the above embodiment only needs to detect the capacitance of the fixed-side counter electrode, and does not require wiring on the movable-side electrode side. Therefore, it is caused by obstruction of movement of the moving stage caused by wiring or movement of the movable-side electrode. This also has the advantage of avoiding problems with wiring.

(3)上記実施の形態では、位置センサとして実装されているが、本発明は、たとえば位置センサの静電容量に基づいて計測値を出力する電子回路を備えた計測システム、計測システムと駆動装置とを有する平面リニアモータ、あるいはこれらを備えた平面ステージとして構成することもできる。さらに、計測方法、計測システムを実現するコンピュータプログラム及びそのプログラムを格納する記録媒体等の形態で実現することもできる。   (3) Although mounted as a position sensor in the above embodiment, the present invention is a measurement system, a measurement system, and a drive device including an electronic circuit that outputs a measurement value based on the capacitance of the position sensor, for example. It is also possible to configure as a planar linear motor having the above or a planar stage including these. Further, the present invention can be realized in the form of a measurement method, a computer program for realizing the measurement system, a recording medium for storing the program, and the like.

10…平面ステージ、30…固定部、50…X軸変位測定用電極ユニット、60…測定用電極ユニット、70…補正用電極ユニット、100…位置センサ、110…固定対向電極、111…櫛歯電極、112…櫛歯電極、113…櫛歯電極、114…補正用移動電極、120…固定対向電極、121…櫛歯電極、122…櫛歯電極、123…櫛歯電極、130…固定電極、140…離隔部材、200…移動部、240…可動子ユニット、250…浮上ユニット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Planar stage, 30 ... Fixed part, 50 ... X-axis displacement measuring electrode unit, 60 ... Measuring electrode unit, 70 ... Correction electrode unit, 100 ... Position sensor, 110 ... Fixed counter electrode, 111 ... Comb electrode 112 ... Comb electrode, 113 ... Comb electrode, 114 ... Moving electrode for correction, 120 ... Fixed counter electrode, 121 ... Comb electrode, 122 ... Comb electrode, 123 ... Comb electrode, 130 ... Fixed electrode, 140 ... separation member, 200 ... moving part, 240 ... mover unit, 250 ... floating unit.

Claims (8)

固定部と、前記固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージとを有する平面ステージにおいて、前記移動ステージの位置を計測する位置センサであって、
前記固定部に接続され、所定の間隔で相互に対向している第1の固定対向電極対と第2の固定対向電極対と第3の固定対向電極対とを有する固定電極部と、
前記移動ステージに接続され、前記第1の固定対向電極対の間に部分的に挿入されている第1の可動電極と、前記第2の固定対向電極対の間に部分的に挿入されている第2の可動電極と、前記第3の固定対向電極対の間に部分的に挿入されている第3の可動電極とを有する可動電極部と、
を備え、
前記第1の固定対向電極対は、第1の方向に延びている第1の対向電極を有し、
前記第2の固定対向電極対は、前記第1の方向と平行に延びている第2の対向電極を有し、
前記第3の固定対向電極対は、前記第1の方向と交差する第2の方向に延びている第3の対向電極を有し、
前記第1の対向電極は、前記第1の可動電極の挿入状態に応じて変化する第1の静電容量を有し、
前記第2の対向電極は、前記第2の可動電極の挿入状態に応じて変化する第2の静電容量を有し、
前記第3の対向電極は、前記第3の可動電極の挿入状態に応じて変化する第3の静電容量を有し、
前記第1の対向電極は、前記第2の対向電極に対して前記第1の方向にシフトした位置に配置され、
前記第3の対向電極は、前記第1の対向電極に対して前記第2の方向にシフトした位置に配置されている位置センサ。
In a planar stage having a fixed part and a moving stage that moves relative to the fixed part in a plane, the position sensor measures the position of the moving stage,
A fixed electrode portion having a first fixed counter electrode pair, a second fixed counter electrode pair, and a third fixed counter electrode pair connected to the fixed portion and facing each other at a predetermined interval;
A first movable electrode connected to the moving stage and partially inserted between the first fixed counter electrode pair and partially inserted between the second fixed counter electrode pair. A movable electrode portion having a second movable electrode and a third movable electrode partially inserted between the third fixed counter electrode pair;
With
The first fixed counter electrode pair includes a first counter electrode extending in a first direction,
The second fixed counter electrode pair includes a second counter electrode extending in parallel with the first direction,
The third fixed counter electrode pair includes a third counter electrode extending in a second direction intersecting the first direction,
The first counter electrode has a first capacitance that changes according to an insertion state of the first movable electrode,
The second counter electrode has a second capacitance that changes according to an insertion state of the second movable electrode,
The third counter electrode has a third capacitance that changes according to an insertion state of the third movable electrode,
The first counter electrode is disposed at a position shifted in the first direction with respect to the second counter electrode;
The third sensor is a position sensor arranged at a position shifted in the second direction with respect to the first counter electrode.
請求項1記載の位置センサであって、
前記第1の対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である第1の櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を含み、
前記第2の対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である第2の櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を含み、
前記第3の対向電極は、相互に平行に延びている複数の電極要素である第3の櫛歯電極群が相互に接続されている櫛歯状の電極を含む位置センサ。
The position sensor according to claim 1,
The first counter electrode includes a comb-like electrode to which a first comb electrode group that is a plurality of electrode elements extending in parallel to each other is connected to each other,
The second counter electrode includes a comb-like electrode in which a second comb electrode group that is a plurality of electrode elements extending in parallel to each other is connected to each other,
The third counter electrode is a position sensor including a comb-like electrode in which a third comb electrode group which is a plurality of electrode elements extending in parallel to each other is connected to each other.
請求項1又は2に記載の位置センサであって、
前記固定電極部は、前記固定部に接続され、前記所定の間隔で相互に対向している第4の対向電極を有し、
前記可動電極部は、前記移動ステージに接続され、前記移動ステージで予め設定されている動きの範囲内において前記第4の対向電極の間に全体が挿入されている第4の可動電極を有する位置センサ。
The position sensor according to claim 1 or 2,
The fixed electrode portion includes a fourth counter electrode connected to the fixed portion and facing each other at the predetermined interval,
The movable electrode portion is connected to the movable stage, and has a fourth movable electrode that is entirely inserted between the fourth counter electrodes within a range of movement set in advance on the movable stage. Sensor.
請求項1又は2に記載の位置センサであって、
前記固定電極部は、前記固定部に接続され、前記所定の間隔で相互に対向している第5の対向電極を有し、
前記可動電極部は、前記移動ステージに接続され、前記移動ステージで予め設定されている動きの範囲内において前記第5の対向電極の全体に対向する領域を有する第5の可動電極を有する位置センサ。
The position sensor according to claim 1 or 2,
The fixed electrode portion has a fifth counter electrode connected to the fixed portion and facing each other at the predetermined interval,
The movable electrode unit is connected to the movable stage, and a position sensor having a fifth movable electrode having a region facing the entire fifth counter electrode within a range of movement set in advance on the movable stage. .
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の位置センサであって、
前記第1の方向は、前記第2の方向と略垂直に交差している位置センサ。
The position sensor according to any one of claims 1 to 4,
The position sensor in which the first direction intersects the second direction substantially perpendicularly.
固定部と、前記固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージとを有する平面ステージにおいて、前記移動ステージの位置を計測する計測システムであって、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の位置センサと、
前記第1の対向電極の第1静電容量と、前記第2の対向電極の第2静電容量と、前記第3の対向電極の第3静電容量と、を検出する静電容量検出部と、
前記第1静電容量と前記第2静電容量の和に基づいて前記第2の方向の変位を計測し、前記第1静電容量と前記第2静電容量の差に基づいて前記移動ステージの回転角度を計測し、前記第3静電容量と前記差とに基づいて前記第1の方向の変位を計測する計測部と、
を備える計測システム。
In a planar stage having a fixed part and a moving stage that moves relative to the fixed part in a plane, the measuring system measures the position of the moving stage,
The position sensor according to any one of claims 1 to 5,
A capacitance detection unit that detects a first capacitance of the first counter electrode, a second capacitance of the second counter electrode, and a third capacitance of the third counter electrode. When,
The displacement in the second direction is measured based on the sum of the first capacitance and the second capacitance, and the moving stage is based on the difference between the first capacitance and the second capacitance. A measurement unit that measures a rotation angle of the first direction based on the third capacitance and the difference;
Measuring system.
平面ステージであって、
固定部と、
前記固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージと、
請求項6記載の計測システムと、
前記計測値に基づいて前記平面内で前記移動ステージを駆動する平面リニアモータと、
を備える平面ステージ。
A planar stage,
A fixed part;
A moving stage that moves relative to the fixed part in a plane;
A measurement system according to claim 6;
A planar linear motor that drives the moving stage in the plane based on the measured value;
A plane stage comprising
請求項7記載のステージであって、
前記平面リニアモータは、前記平面に垂直な方向に前記移動ステージを支持することによって前記固定部に対して非接触での前記平面内の移動を許容するエア軸受けを備えている平面ステージ。
The stage according to claim 7, wherein
The planar linear motor includes an air bearing that supports movement in the plane in a non-contact manner with respect to the fixed portion by supporting the movable stage in a direction perpendicular to the plane.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160148147A (en) * 2015-06-16 2016-12-26 하이윈 마이크로시스템 코포레이션 A capacitive sensing unit of plan position measuring device
JP2019007078A (en) * 2017-05-05 2019-01-17 ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション Capacitance sensor for position adjustment in OVJP printing

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106289045A (en) * 2015-05-22 2017-01-04 大银微系统股份有限公司 The capacitor sensing unit of plan-position measuring equipment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05299293A (en) * 1992-04-20 1993-11-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Position detecting device
JP2001249001A (en) * 2000-03-03 2001-09-14 Mitsutoyo Corp Capacitance type displacement detector
JP2009053183A (en) * 2007-07-31 2009-03-12 Kyocera Corp Device for detecting location variation of stage and transporting device equipped with the same
JP2010139334A (en) * 2008-12-10 2010-06-24 Nikon Corp Absolute encoder and mobile unit
JP2011095021A (en) * 2009-10-28 2011-05-12 Koyo Electronics Ind Co Ltd Electrostatic encoder

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05299293A (en) * 1992-04-20 1993-11-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Position detecting device
JP2001249001A (en) * 2000-03-03 2001-09-14 Mitsutoyo Corp Capacitance type displacement detector
JP2009053183A (en) * 2007-07-31 2009-03-12 Kyocera Corp Device for detecting location variation of stage and transporting device equipped with the same
JP2010139334A (en) * 2008-12-10 2010-06-24 Nikon Corp Absolute encoder and mobile unit
JP2011095021A (en) * 2009-10-28 2011-05-12 Koyo Electronics Ind Co Ltd Electrostatic encoder

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160148147A (en) * 2015-06-16 2016-12-26 하이윈 마이크로시스템 코포레이션 A capacitive sensing unit of plan position measuring device
KR101701318B1 (en) 2015-06-16 2017-02-01 하이윈 마이크로시스템 코포레이션 A capacitive sensing unit of plan position measuring device
JP2019007078A (en) * 2017-05-05 2019-01-17 ユニバーサル ディスプレイ コーポレイション Capacitance sensor for position adjustment in OVJP printing

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