JP5153457B2 - ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置、測長ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などにおける一次元運動体（以下「ステージ」という）の停止位置において発生する位置変動（ドリフト）を検出するためのステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置に関するものである。

精密加工機械などにおいては、基台にクロスローラガイドのようなガイド部材を備え、このガイド部材の上に直線的に往復運動や回転運動できるステージが用いられている。このステージは、移動に際してその位置を正確に把握される必要がある。

その一方で、位置測定装置としては、静電容量を利用したものが種々提案されている。たとえば特許文献１である。

図１６に示したように、特許文献１に記載の位置測定装置９は、固定体９０および移動体９１のそれぞれに凸部９２，９３を形成し、凸部９２，９３に電極９４，９５を設置した上で対向配置させものである。この位置測定装置９では、移動体９０が移動する際に変化する電極９４，９５の静電容量の変化を取り出し、その波形を整形することでパルス波形を得るものである。移動量を凸部９２，９３と凹部９６，９７の間隔にて測定できる。
実開昭６３−２１８１５号公報

この静電容量式の位置測定装置９では、図１７に示されるように、静電容量は、移動体の移動に伴い変化する凸部９２，９３と凹部９６，９７が重なり合う面積に比例する。しかしながら、重なり合う面積が小さいとき、すなわち境界付近では、後述のように移動体の移動量と静電容量の変化が比例しなくなるため、比較的高精度に位置を検出することができなかった。

そこで、本発明は、ステージの目的位置で停止させた後に生じる位置変動（ドリフト）を正確に検出できるよう、上述の課題を解決し、さらにはステージのドリフト量を、例えばナノメートルオーダーで計測、制御できるようにすることを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、固定体に対して相対移動可能なステージの位置変動を検出する装置であって、前記固定体に設けられた検出用固定電極と、前記ステージに設けられた検出用移動電極とを有して構成された、前記ステージの移動にともなって各電極間の電気容量が変動する検出用コンデンサ部と、前記固定体に設けられた参照用固定電極と、前記ステージに設けられた参照用移動電極と、を有して構成された、前記ステージの移動の最中における各電極間の電気容量が略一定とされた参照用コンデンサ部と、前記検出用コンデンサ部および前記参照用コンデンサ部の双方に電圧を印加する電源と、を備え、前記参照用コンデンサ部の電気容量の変動に応じて、前記電源から印加する前記電圧を制御しており、前記固定体に設けられた第１の固定電極と、前記ステージに設けられた第１移動電極とで構成された第１コンデンサ部と、前記固定体に設けられた第２の固定電極と、前記ステージに設けられた第２移動電極とで構成された第２コンデンサ部と、を前記検出用コンデンサ部として備え、前記固定体に対して前記ステージを移動させたとき、前記第１コンデンサ部からの電気容量の出力波形と、前記第２コンデンサ部からの電気容量の出力波形とで、位相がずれるように構成されており、前記第１コンデンサ部の電気容量と前記第２コンデンサ部の電気容量とのうち、いずれか一方の電気容量に基づいて、前記ステージの位置変動を検出しており、前記固定体に設けられた第３固定電極、および前記ステージに設けられた第３移動電極を含む第３コンデンサ部をさらに備えており、かつ、前記第３コンデンサ部は、前記第１および第２コンデンサ部とは、前記固定体に対して前記ステージを移動させたときの出力波形の位相がずれていることを特徴とする、ステージの位置変動検出装置を提供する。

前記検出用固定電極および前記検出用移動電極は、前記ステージの移動方向に沿って同一または略同一のピッチで並んだ複数の個別電極部を有し、前記参照用固定電極および参照用移動電極は、前記ステージの移動方向に沿って延びた略長方形状であって、前記ステージの移動範囲にわたって延在していることが好ましい。

また、前記固定体に対して前記ステージを移動させたときの前記第１および第２コンデンサ部からの出力波形の位相のずれは、６０°以上１２０°以下であることが好ましい。また、前記固定体に対して前記ステージを移動させたときの前記第１および第２コンデンサ部からの出力波形の位相のずれが、略９０°であることも好ましい。

また、前記固定体に対する前記ステージの停止位置に応じて、前記第１および前記第２コンデンサ部のうちから選択されたコンデンサ部の出力のいずれか一方を選択し、選択したコンデンサ部からの出力波形に基づいて、前記ステージの位置変動を検出するように構成されていることが好ましい。

また、前記検出用固定電極および前記参照用固定電極は、前記固定体に溝を形成した後に、該溝の内部および該溝が形成された面を覆うように導体層を形成し、前記固定体の表面が露出するまで前記導体層を研磨することにより形成されていることが好ましい。

また、前記検出用移動電極および前記参照用移動電極は、前記ステージに溝を形成した後に、該溝の内部および該溝が形成された面を覆うように導体層を形成し、前記ステージの表面が露出するまで前記導体層を研磨することにより形成されていることが好ましい。

固定体と、前記固定体に対して相対移動可能なステージと、前記固定体に対して前記ステージを相対移動させるための駆動手段と、前記ステージを前記固定体における所定の位置で位置決め停止させた後の前記ステージの位置変動を検出する位置変動検出装置と、を備えた搬送装置を、併せて提供する。

また、前記位置変動検出装置において前記ステージの位置変動が確認されたときに、前記位置変動検出装置での検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御して前記ステージを所定の位置に位置させるための制御手段をさらに備えていることが好ましい。

固定体と、前記固定体に対して相対移動可能なステージと、前記固定体に対して前記ステージを相対移動させるための駆動手段と、前記ステージを前記固定体における所定の位
置で位置決め停止させた後の前記ステージの位置変動を検出する位置変動検出装置と、を備えており、前記位置変動検出装置は、前記固定体に対して相対移動可能な前記ステージの位置変動を検出する装置であって、前記固定体に設けられた検出用固定電極と、前記ステージに設けられた検出用移動電極とを有して構成された、前記ステージの移動にともなって各電極間の電気容量が変動する検出用コンデンサ部と、前記固定体に設けられた参照用固定電極と、前記ステージに設けられた参照用移動電極と、を有して構成された、前記ステージの移動の最中における各電極間の電気容量が略一定とされた参照用コンデンサ部と、前記検出用コンデンサ部および前記参照用コンデンサ部の双方に電圧を印加する電源と、を備え、前記参照用コンデンサ部の電気容量の変動に応じて、前記電源から印加する前記電圧を制御しており、前記電源からの電源電圧または電源周波数を監視し、その結果を前記電源にフィードバックして前記参照用コンデンサ部での電気容量を一定化するように構成されている搬送装置を、併せて提供する。

本発明によれば、ステージの目的位置で停止させた後に生じる位置変動（ドリフト）の大きさを、比較的高い精度で検出できる。

以下においては、本発明について、第１および第２の実施の形態として図面を参照しつつ説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態について、図１ないし図１２を参照しつつ説明する。

図１および図２に示した搬送装置１は、精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置、測長ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などにおいて、ワークを移動させるために使用されるものであり、固定体２、ステージ３および駆動手段４を備えたものである。

固定体２は、ステージ３や駆動手段４などを支持するものであり、たとえばセラミクスなどの絶縁材料により長矩形板状に形成されている。この固定体２には、ガイド２０、第１固定電極２１および第２固定電極２２が設けられている。

ガイド２０は、ステージ３の移動経路を規定するためのものであり、固定体２の長手方向Ａ１，Ａ２に延びるレール状に形成されている。このガイド２０は、ステージ３に覆われるものであり、側面に係合溝２３が形成されている。係合溝２３は、後述するステージ３の係合突起３３を移動させる部分であり、Ａ１，Ａ２方向に延びる断面三角状に形成されている。

第１の固定電極２１は、後述する第１の移動電極３１とともに第１コンデンサ部５０Ａ（図１２参照）を構成するものであり、接地されている。第２の固定電極２２は、後述する第２移動電極３２とともに第２コンデンサ部５０Ｂ（図１２参照）を構成するものであり、接地されている。また、参照用コンデンサ部５０Ｃは、固定体２に設置された参照用固定電極２８とステージ３に設置された参照用移動電極３８とから構成され、参照用固定電極２８は接地されている。

図３に示したように、第１および第２固定電極２１，２２は、それぞれ複数の個別電極部２１Ａ，２２Ａを、Ａ１，Ａ２方向に延びるコモン電極２１Ｂ、２２Ｂによって繋げた形態を有している。すなわち、第１および第２固定電極２１，２２は、全体として櫛歯状に形成されている。図２に示したように、固定電極２１，２２は、固定体２の溝２４，２５の内部を埋めるように形成されており、その表面が固定体２の表面と面一または略面一とされている。

図３に示したように、複数の個別電極部２１Ａ，２２Ａは、ステージ３の移動方向に直交する方向（固定体２の短手方向）であるＢ１，Ｂ２方向に延びる帯状に形成されている。個別電極部２１Ａ，２２Ａはまた、幅寸法（Ａ１，Ａ２方向の寸法）Ｗ１および長さ寸法Ｌ１（Ｂ１，Ｂ２方向の寸法）が同一または略同一とされているとともに、幅寸法Ｄ１と同一または略同一のピッチＰ１でＡ１，Ａ２方向に並んでいる。個別電極部２１Ａ，２２Ａは、幅寸法Ｗ１および隣接する個別電極部２１Ａ，２２ＡのピッチＰ１は、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下、長さ寸法Ｌ１が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、厚み寸法（溝２４，２５の深さ寸法）Ｈ１は、たとえば１μｍ以上２００μｍ以下とされている。

これらの固定電極２１，２２は、図４ないし図６に示した工程を経て形成されている。

まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示したように、固定体２に対して、個別電極部２１Ａに対応する凹部を有する溝２４、個別電極２２Ａに対応する凹部を有する溝２５、参照用固定電極２８に対応する溝２９を形成する。溝２４、２５、および溝２９は、固定体２を形成する際に同時に造り込んでもよいし、機械加工などにより形成してもよい。

次いで、図５（ａ）および図５（ｂ）に示したように、溝２４、２５、および溝２９の内部を完全に埋めるとともに、固定体２における溝２４、２５、２９が形成された面を覆うように導体層２６を形成する。導体層２６の形成は、たとえばＣＶＤ、ＰＶＤ、鍍金あるいは蒸着により、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）あるいはチタン（Ｔｉ）などの導体成分を被着させることにより行なわれる。

続いて、図６（ａ）および図６（ｂ）に示したように、固定体２の表面が露出するまで導体層２６を研磨し、溝２４、２５、および溝２９の内部に選択的に導体層を残存させることにより、固定電極２１、２２が形成される。導体層２６の研磨は、たとえば公知のポリシングあるいはラッピングにより行なわれる。このとき、導体層２６（個別電極部２１，２２）の表面粗さは、算術平均粗さＲａにおいて、０．２μｍ以下の滑面とされる。

本実施形態では、このようにして、溝２４、２５、および溝２９の内部を埋めるように、第１および第２固定電極２１、２２、および参照用固定電極２８を形成する。これにより、これらの電極２１、２２、２８のエッジが略直角なシャープなものとされる。本実施形態では、搬送装置１の使用（ステージ３の移動）により、各電極（第１の固定電極２１、第２の固定電極２２、および参照用固定電極２８）のエッジの削れは抑制される。本実施形態では、これにより、各電極（第１の固定電極２１、第２の固定電極２２、参照用固定電極２８）のエッジのシャープネスさに起因する、出力信号の不安定さを抑制することが可能となる。また、各電極をポリシングやラッピングなどの手法により研磨して滑面とすれば、各電極の表面の凹凸に起因する出力信号の不安定化さを抑制し、出力信号のＳ／Ｎ比を小さくすることが可能となる。

図１および図２に示したステージ３は、目的とするワークが載置されるものであり、固定体２に対してＡ１，Ａ２方向に相対移動可能とされている。このステージ３は、下方に突出したガイド３０を有している。

ガイド３０には、固定体２におけるガイド２０とともにステージ３の移動経路を規定するものであり、第１および第２移動電極３１，３２および係合突起３３が設けられている。係合突起３３は、固定体２におけるガイド２０の係合溝２３に係合される部分であり、Ａ１，Ａ２方向に延びる断面三角状に形成されている。係合突起３３が係合溝２３に係合した状態では、ガイド３０の下面３０Ａと固定体２の上面２７との間の距離ｄは、たとえば３μｍ以上１０μｍ以下とされている。

第１移動電極３１は、第１固定電極２１とともに第１コンデンサ部５０Ａ（図１２参照）を構成するものである。第２移動電極３２は、第２固定電極２２とともに第２コンデンサ部５０Ｂ（図１２参照）を構成するものである。

図７および図８に示したように、第１および第２移動電極３１、３２は、それぞれ複数の個別電極部３１Ａ、３２Ａを、Ａ１，Ａ２方向に延びるコモン電極３２Ｂによって繋げた形態を有している。すなわち、第１および第２移動電極３１，３２は、全体として櫛歯状に形成されている。また、参照用固定電極２８は、図７および図８に示したように、平面視で略長方形状とされている。図２に示したように、移動電極３１，３２は、ステージ３の溝３４，３５の内部を埋めるように形成されており、また、参照用移動電極３８はステージ３の溝３６の内部を埋めるように形成されている。移動電極３１、３２、および参照用移動電極３８は、その表面がステージ３の表面と面一または略面一とされている。そのため、ガイド３０の下面３０Ａと固定体２の上面２７との間の距離ｄは、第１および第２移動電極３１、３２と第１および第２固定電極２１、２２との距離に対応したものとなる。

図２および図８に示したように、複数の個別電極部３１Ａ，３２Ａは、平面視において第１および第２固定電極２１，２２の個別電極部２１Ａ，２２Ａと重なり合うことが可能な位置において、Ｂ１，Ｂ２方向に延びる帯状に形成されている。また、参照用移動電極３８は、平面視において、参照用固定電極２８と重なり合うことが可能な位置に、Ｂ１、Ｂ２方向に延びる帯状に形成されている。

図７および図８に示したように、個別電極部３１Ａ，３２Ａはまた、幅寸法（Ａ１，Ａ２方向の寸法）Ｗ２および長さ寸法Ｌ２（Ｂ１，Ｂ２方向の寸法）が同一または略同一とされているとともに、幅寸法Ｗ２と同一または略同一のピッチＰ２でＡ１，Ａ２方向に並んでいる。ただし、第１移動電極３１の複数の個別電極３１Ａと第２移動電極３２の複数の個別電極３２Ａとは、Ａ１，Ａ２方向において、互いに位置ずれしている。図７に示した例では、個別電極３１Ａと個別電極３２Ａの位置ずれの程度は、個別電極３１Ａ，３２ＡのピッチＰ２の１／４とされているが、コンデンサ部の数量との相関で広範囲に選択できる。

なお、個別電極部３１Ａ、３２Ａは、第１および第２固定電極２１，２２の個別電極部２１Ａ，２２Ａと同様に、幅寸法Ｗ２および隣接する個別電極部２１Ａ，２２ＡのピッチＰ２は、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下、長さ寸法Ｌ２が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、厚み寸法（溝２４，２５の深さ寸法）Ｈ２は、たとえば２μｍ以上２００μｍ以下、表面粗さは算術平均粗さＲａにおいて、０．２μｍ以下とされている。

このような第１および第２移動電極３１、３２、および参照用移動電極３８は、第１および第２固定電極２１，２２と同様に、図４ないし図６を参照して説明した手法により形成することができる。すなわち、各電極（第１移動電極３１、第２移動電極３２、および参照用移動電極３８）は、ステージ３（ガイド３０の下面３０Ａ）に溝を形成した後に導体層を形成し、この導体層を研磨することにより形成することができる。

本実施形態では、このような第１および第２移動電極３１，３２、および参照用移動電極３８の各々においても、各電極のエッジを略直角なシャープなものとし、その表面を滑面することが可能である。このため、第１および第２移動電極３１，３２のエッジのシャープネスさや、第１および第２固定電極２１，２２の表面の凹凸に起因する出力信号の不安定化さを抑制することが可能となる。

上述のように、複数の個別電極部３１Ａ、３２Ａは、平面視において第１および第２固定電極２１，２２の個別電極部２１Ａ，２２Ａと重なり合う位置に形成されている（図２および図８参照）。そのため、図９（ａ）に示したように固定体２に対してステージ３をＡ１方向に移動させた場合には、たとえばステージ３における複数の個別電極部３１Ａ，３２Ａは、固定体２における複数の個別電極部２１Ａ，２２Ａに対して、重なり合わない状態、図９（ｂ）に示したように一部重なり合う状態、図９（ｃ）に示したように全体が重なり合う状態、図９（ｄ）に示したように一部重なり合う状態、図９（ｅ）に示したよう再び重なり合わない状態を繰り返す。

一方、ステージ３における個別電極部３１Ａと個別電極部３２Ａは、Ａ１，Ａ２方向に対して互いに位置ずれして配置されている。そのため、図１０（ａ）に示したように、ある地点にステージが停止した状態において、第１固定電極２１と第１移動電極３１の複数の個別電極部２１Ａ，３１Ａとの間の静電容量（後述する第１コンデンサ部５０Ａの静電容量）と、第２固定電極２２と第２移動電極３２の複数の個別電極部２２Ａ，３２Ａとの間の静電容量（後述する第２コンデンサ部５０Ｂの静電容量）とは、互いに位相がずれたものとなる。

なお、図１０（ａ）においては、ステージ３における個別電極部３１Ａと個別電極部３２Ａが、これらの個別電極部３１Ａ，３２ＡのピッチＰ２の１／４だけ位置ずれしている場合について示してあり、その場合には位相のずれはπ／４となる。もちろん、個別電極部３１Ａ，３２Ａの位置ずれの程度を変更すれば、その位置ずれの程度に応じて第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂ（図１２参照）からの出力波形は、互いに位相がずれたものとなる。また、ステージ３における個別電極部３１Ａと個別電極部３２Ａとを互い位置ずれさせて形成する場合に限らず、固定体２における個別電極部２１Ａ，２２Ａを互いに位置ずれさせて、第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂ（図１２参照）からの出力波形を、互いに位相がずれたものとしてもよい。

また、参照用固定電極２８は、図１や図６に示すように、個別電極２１Ａと第２の個別電極２２Ａの間隙に、図１中のＡ１−Ａ２方向に沿って配置されている。本実施形態において、参照用個別電極２８は、図１中のＡ１−Ａ２方向に沿って、固定電極２１と略同等の長さに設けられている。また、参照用移動電極３３は、図７に示すように、ステージ３上に、図１中のＡ１−Ａ２方向に沿って、第１の移動電極３１Ａと略同等の長さに設けられている。

また、参照用固定電極２８は、固定体２の個別電極部２１Ａ、および固定体２の個別電極部２２Ａと同電位になるよう短絡されており、それぞれの固定電極は電源部５５（図１３参照）から共通に電圧を印加される。

なお、参照用固定電極２８および参照用移動電極３３は、幅寸法Ｗ３は略同寸で、たとえば１０ｍ以上５０ｍ以下、厚み寸法Ｈ３は、たとえば２μｍ以上２００μｍ以下、表面粗さは算術平均粗さＲａにおいて、０．２μｍ以下とされている。

ここで、図１０（ｂ）に示したように、第１のコンデンサ部５０Ａの静電容量と、第２のコンデンサ部５０Ｂの静電容量とで、位相がπ／４ずれている場合を例にとって、ステージ３を停止させた後の位置変動（ドリフト）の検出手法について説明する。

本実施形態におけるドリフトの検出は、第１のコンデンサ部５０Ａの静電容量と、第２のコンデンサ部５０Ｂの静電容量と、で位相をずらしておき、第１のコンデンサ部５０Ａと第１のコンデンサ部５０Ｂとのいずれか一方で、比較的高い精度で位置を検出することができる。より具体的には、固定体２に対するステージ３の停止位置に応じて、第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂのうち、選択された一方のコンデンサ部５０Ａまたは５０Ｂの出力に基づいて、ステージ３のドリフトを検出する。また、本実施形態では、参照用コンデンサ部５０Ｃの静電容量に基づいて、ドリフト以外を原因とした各コンデンサ部５０Ａおよび５０Ｂの静電容量の変化（例えば、電源部５５の電圧や周波数変動又は、ステージ３が外部環境から応力を受けたことなどによる静電容量の変化）の大きさの程度を検知する。本実施形態では、これにより、ドリフトの大きさの程度を、より高い精度で検出する。

図１０（ｂ）では、第１コンデンサ部５０Ａおよび第２コンデンサ部５０Ｂぞれぞれの静電容量の変化について、変動の一周期分を拡大して示している。ここで、ステージ３の停止時においては、第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力は、図示した一周期分のいずれかの値となる。説明の簡便さのために、第１コンデンサ部５０Ａからの出力波形と第２コンデンサ部５０Ｂからの出力波形との特定の交点を始点（ゼロ）としたときの出力波形の一周期分について検討する。

ステージ３が、始点（ゼロ）からπ／４の範囲および２π/４から３π／４の範囲に対応する位置にある場合、ステージ３の位置の変動に対する、第１コンデンサ部５０Ａにおける静電容量の変化は、略直線的なシャープなものとなる（図中の実線）。また、ステージ３が、π／４から２π／４の範囲および３π/４から４π／４の範囲に対応する位置にある場合には、ステージ３の位置の変動に対する、第２コンデンサ部５０Ｂにおける静電容量の変化が、略直線的なシャープなものとなる（図中の鎖線）。すなわち、ステージ３が、始点（ゼロ）からπ／４の範囲および２π/４から３π／４の範囲に対応する位置にある場合、ステージ３の位置の微小な変動量（ドリフト）に対して、第１コンデンサ部５０Ａの静電容量がリニアに変化する。また、ステージ３が、π／４から２π／４の範囲および３π/４から４π／４の範囲に対応する位置にある場合には、ステージ３の位置の微小な変動量（ドラフト）に対して、第２コンデンサ部５０Ｂの静電容量がリニアに変化する。すなわち、ステージ３が、始点（ゼロ）からπ／４の範囲および２π/４から３π／４の範囲に対応する位置にある場合は、第１コンデンサ部５０Ａの静電容量の大きさが、停止位置におけるステージ３の位置変動（ドリフト）の大きさと直線的に（リニアに）対応している。また、ステージ３が、π／４から２π／４の範囲および３π/４から４π／４の範囲に対応する位置にある場合には、第２コンデンサ部５０Ｂの静電容量の大きさが、停止位置におけるステージ３の位置変動（ドリフト）の大きさと直線的に（リニアに）対応している。そのため、ステージ３の停止位置に応じて、第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂうちから、出力波形が直線的な挙動を示すコンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力を採用することにより、ステージ３の停止後におけるドリフトの大きさ（位置の変動量）Δｘをリニアに計測することができる。したがって、ステージ３を位置決めした後の温度変化、駆動力伝達手段の弾性変化等に起因して位置決め後の停止位置が時間の経過とともに変動した場合において、ステージ３の停止位置に関係なく、ステージ３のドリフトΔｘを比較的に大きな静電容量の変化ΔＣとして把握することが可能となり、現在の精密加工機械や特に半導体製造装置において要求されるｎｍオーダーでのドリフトの計測も可能となる。

なお、移動電極３１，３２の配置は、図７を参照して説明した例とは異なっていてもよい。たとえば、図１１（ａ）に示したように同一のガイド３０において、Ａ１、Ａ２方向に並んでいてもよく、図１１（ｂ）に示したようにステージ３において対角位置に配置されていてもよい。

参照用コンデンサ５０Ｃでは、ガイド方向に沿ったステージの移動にともなう静電容量の変化は生じない。しかし、電源部５５の電圧や周波数変動又は、ステージ３が外部環境から応力を受けた場合など、その静電容量が変動することになる。この際、第１コンデンサ部５０Ａや第２コンデンサ部５０Ｂにおいても、静電容量は変動する。この静電容量の変動は、ドリフトの大きさの程度に関わらず生じる。本実施形態では、参照用コンデンサ部５０Ｃにおける静電容量の変化の大きさの程度を、後述する電源制御部６１にて検出しつつ、電源制御部６１が、この参照用コンデンサ部５０Ｃの静電容量が一定になるよう、電源部５５の電圧や周波数を変化させて、静電容量を一定に制御する（いわゆるフィードバック制御を行う）。これにより、第１コンデンサ部５０Ａおよび第２コンデンサ部５０Ｂぞれぞれの静電容量の変動から、このようなドリフト以外の外部要因に起因する静電容量の変動分が除去される。本実施形態では、このように、静電容量を一定にするためにその静電容量を電源制御部６１にて検出、制御することより電源部５５の電圧や周波数を変化させて、静電容量を一定に制御する。

図１に示した駆動手段４は、ステージ３をＡ１―Ａ２方向に往復移動させるものであり、たとえば直流サーボモータにより構成されている。この駆動手段４はさらに、ステージ３を上下方向に変動させるためのアクチュエータを含んでいてもよく、また超音波モータなどの他のアクチュエータにより構成してもよい。

次に、図１２および図１３を参照して、搬送装置１におけるドリフトの検出装置５について説明する。図１２は、ドリフトの検出装置５の概略ブロック図である。ドリフトの検出装置５は、第１コンデンサ部５０Ａを含んで構成される第１容量検出手段５Ａと、第２コンデンサ部５０Ｂを含んで構成される第２容量検出手段５Ｂと、参照コンデンサ部５０Ｃを含んで構成される参照容量検出部５Ｃと、選択手段５Ｄと、検出・制御部５２と、駆動手段４と、ステージ３とを有して構成されている。図１３は、ドリフト検出装置５の構成について、より具体的に示す回路構成図である。

第１容量検出手段５Ａは、第１コンデンサ部５０Ａを含んで構成されるブリッジ回路５３Ａとを備えて構成される。第２容量検出手段５Ｂは、第２コンデンサ部５０Ｂを含んで構成されるブリッジ回路５３Ｂとを含んで構成されている。参照容量検出手段５Ｃは、参照コンデンサ部５０Ｃを含んで構成されるブリッジ回路５３Ｃとを含んで構成されている。各ブリッジ回路には、電源部５５が接続されており、電源部５５は電源制御部６１と接続されている。電源制御部６１は、参照コンデンサ５０Ｃの静電容量の変動に基づき、この参照用コンデンサ部５０Ｃの静電容量が一定になるよう、電源部５５の電圧や周波数を変化させて、静電容量を一定に制御する（いわゆるフィードバック制御を行う）。

例えば、第１容量検出手段５Ａのブリッジ回路５３Ａは、予め容量が既知であるコンデンサ等の電気容量部５０Ｃ〜５０Ｅと、ステージ３の位置の変化（例えば上記ドリフト等）に応じて容量が変化する第１コンデンサ部５０Ａと、を有して構成された公知のブリッジ回路である。ブリッジ回路５３Ａでは、電源部５５からの交流電圧が印加されることにより、第１コンデンサ部５０Ａの電気容量に応じた電位差が、所定部位間で発生する。第１コンデンサ部５０Ａの電気容量に応じた電位差は、選択手段５Ｄへと出力される。

第２容量検出手段５Ｂにおいても、ブリッジ回路５３Ｂにおいて、電源部５５からの交流電圧が印加されることにより、第２コンデンサ部５０Ｂの電気容量に応じた電位差が所定部位間で発生し、選択手段５Ｄへと出力される。

選択手段５Ｄは、第１比較回路５１Ａ、と第２比較回路５２Ｂと、を有して構成されている。第１比較回路５１Ａは、比較アンプ５６およびアナログスイッチ５７Ａを含んで構成されている。比較アンプ５６は、第１容量検出手段から出力された、第１コンデンサ部５０Ａの静電容量に対応する出力値と、予め設定された参照値とを比較し、第１コンデンサ部５０Ａからの出力値が計測選択範囲内の場合、第１コンデンサ部５０Ａからの出力値を、アナログスイッチ５７により選択し、増幅器５８およびローパスフィルタ５９を介して、検出・制御部５２に送るように構成されている。ここで、参照値は、たとえば上述の、ステージ位置の変動に対して第１コンデンサ部５０Ａの静電容量の変化の大きさがリニアになる範囲が設定される。例えば、第１コンデンサ部５０Ａの静電容量の大きさが、図１０（ｂ）のＣ１〜Ｃ２の範囲にある場合を計測範囲内として設定される。

第２比較回路５１Ｂも第１比較回路５１Ａと同様であるが、第１コンデンサ部５０Ａからの出力値が計測選択範囲外の場合、第２コンデンサ部５０Ｂからの出力値が、アナログスイッチ５７により選択されて増幅器５８およびローパスフィルタ５９を介して、検出・制御部５２に送るように構成されている。

このように、本実施形態では、選択手段５Ｄの、第１比較回路５１Ａによって、第１コンデンサ部５０Ａからの出力値により、第１コンデンサ部５０Ａと第２コンデンサ部５０Ｂとのうちの、何れか一方のコンデンサ部からの出力値を選択して、検出・制御部５２に送る。増幅器５８は、コンデンサ部５０Ａ及び第２コンデンサ部５０Ｂからの出力値を増幅するためものである。ローパスフィルタ５９は、電源回路などから制御部５２に入力され得る高周波ノイズ成分、空気中を伝わる誘導ノイズなどを除去するためのものである。

検出・制御部５２は、選択手段５Ｄにおいて選択されて出力された、第１コンデンサ部５０Ａと第２コンデンサ部５０Ｂとのうち、いずれか一方の静電容量の大きさに応じた出力値に基づいて、ステージ３に生じている位置変動の大きさを検出する。選択手段５Ｄにおいて選択された出力値は、ステージ３の位置変動の大きさに応じて、リニアに出力された出力値（静電容量）である。検出・制御部５２では、この選択された出力値（静電容量）の大きさに基づいて、設定された停止位置に対するステージ３の位置変動を、比較的正確に把握することができる。また、検出・制御部５２は駆動手段４に接続されており、検出・制御手段５２が、検出したステージの位置変動に応じて、駆動手段４の動作を制御することで、ステージ３に発生する位置変動を抑制する。すなわち、検出・制御手段５２は、ステージ３の現在の位置変動の大きさを検出するとともに、この位置変動の大きさが０（ゼロ）となるよう駆動手段４の動作を制御する（いわゆるフィードバック制御を行う）。なお、検出・制御部５２では、図示しないディスプレイ等に、ステージ３の位置変動の大きさを数値として出力してもよい。

本実施形態では、電源制御部６１が、参照コンデンサ５０Ｃの静電容量の変動に基づき、この参照用コンデンサ部５０Ｃの静電容量が一定になるよう、電源部５５の電圧や周波数を変化させて、静電容量を一定に制御する（いわゆるフィードバック制御を行う）。これにより、第１コンデンサ部５０Ａおよび第２コンデンサ部５０Ｂぞれぞれの静電容量の変動から、このようなドリフト以外の外部要因に起因する静電容量の変動分が除去される。

搬送装置１の動作について記載しておく。搬送装置１では、ステージ３にワークを載置した状態において、駆動手段４によってステージ３を移動させることによりワークが搬送される。このとき、第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力は、たとえば図１０（ａ）に示したようにπ／２ずれた波形となるように経時的に変化する。ステージ３の移動時における第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力は、アナログスイッチ５７により選択され増幅器５８およびローパスフィルタ５９を介して制御部５２に入力される。

一方、ステージ３は、レーザ干渉計やリニアスケールを用いて、その位置が把握され、
所定の位置に到達したときに、制御部５２によって駆動手段４を制御することにより、目的位置に停止させられる。

ステージ３の停止後においては、検出装置５によってステージ３の位置変動（ドリフト）が検出される。検出装置５では、ステージ３を停止させたときの停止位置に対応して選択されたコンデンサ部５０Ａ，５０Ｂの静電容量が保存値として設定され、この状態において、選択されたコンデンサ部５０Ａ，５０Ｂの静電容量に対応する出力値が検出・制御部５２にてモニタリングして、静電容量の変動の大きさに応じたステージ３のドリフト量を検出する。

検出・制御部５２は、上述の用に検出されたステージ３のドリフト量をゼロにすべく、駆動手段４を制御してステージ３を移動させる。このようなステージ３の移動は、コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂの静電容量が保存値と一致するまで繰り返し行なわれる。

このような搬送装置１における検出装置５では、２つのコンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力波形の位相のずれを利用するものであるため、出力波形が直線的な挙動を示すコンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力を採用することにより、ステージ３の停止後におけるドリフトをリニア、かつ正確に計測することができる。

また、コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂにおける第１および第２固定電極２１，２２、第１よび第２移動電極３１，３２は、溝２４，２５，３４，３５の内部を埋めるように形成されることにより、エッジを略直角なシャープなものとなるとともに、その表面が滑面とされている。そのため、第１および第２固定電極２１，２２、第１よび第２移動電極３１，３２のエッジのシャープネスさや第１および第２固定電極２１，２２、第１よび第２移動電極３１，３２の表面の凹凸に起因する出力信号の不安定化さを抑制することが可能となる。この点においても、ステージ３の停止後におけるドリフトをリニア、かつ正確に計測することができる。

以上の様に搬送装置１では、ステージ３を位置決めした後の温度変化、駆動力伝達手段の弾性変化等に起因して位置決め後の停止位置が時間の経過とともに変動した場合において、ステージ３の停止位置に関係なく、ステージ３のドリフトを比較的に大きな静電容量の変化として把握することが可能となり、現在の精密加工機械や特に半導体製造装置において要求されるｎｍオーダーでのドリフトの計測も可能となる。また、ステージ３のドリフト３を適切に把握することにより、そのドリフト量に応じてステージ３を目的位置に維持させることが可能となる。

なお、本発明の第２の実施形態について、図１４ないし図１５を参照しつつ説明する。ただし、図１４ないし図１５においては、先に説明した要素と同一または同種のものについては同一の符号を付してあり、以下における重複説明は省略する。

第２の実施形態では、ドリフトの検出装置５は、第１コンデンサ部５０Ａを含んで構成される第１容量検出手段５Ａと、第２コンデンサ部５０Ｂを含んで構成される第２容量検出手段５Ｂと、第３コンデンサ部５０Ｅを含んで構成される第３容量検出手段５Ｅと、を有して構成されている。なお、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様、参照容量検出手段５Ｃを備えていることが好ましい。

第３コンデンサ部５０Ｃを構成する第３コンデンサ部５０Ｅは、ステージ３′の移動時において、図１４（ａ）に示したように第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂとは出力波形の位相がすれた静電容量特性を有するものである。より具体的には、第３コンデンサ部５０Ｅからの出力の位相のずれは、第１コンデンサ部５０Ａを基準としたとき、０よりも大きく、第２コンデンサ５０Ｂの位相のずれよりも小さいものとされている。たとえば、第１コンデンサ部５０Ａに対する第２コンデンサ部５０Ｂの位相のずれが９０°（π／２）の場合、第１コンデンサ部５０Ａに対する第３コンデンサ部５０Ｅの位相のずれは０°よりも大きく９０°よりも小さくされ、好ましくは略４５°（π／４）とされる。

このような第３コンデンサ部５０Ｅからの出力は、図１４（ｂ）に示したように第１および第２コンデンサ部５０Ａ，５０Ｂからの出力波形の交点付近に対応する位置に、ステージ３′が停止させられたときに利用されるものである。第２実施形態では、例えば参照値として、図１４（ｂ）に示すＣ３−Ｃ４間を設定する。参照値Ｃ３−Ｃ４と設定することで、上述の実施形態に示す図１０（ｂ）のＣ１−Ｃ２（図１４（ｂ）にも示している）を参照値として設定した場合と比べて、選択される、第１コンデンサ部５０Ａからの出力値の直線性（ステージの変動に対する出力の大きさの直線性）と、第２コンデンサ部５０Ｂからの出力値の直線性と、および第３コンデンサ部５０Ｃからの直線性とが、より高くなる。本実施形態では、第２コンデンサ部５０Ｂよりも位相のずれが小さい、第３コンデンサ部５０Ｃを備えているので、直線性がより高い部分をより限定して選択することができ、ステージ位置の変動に応じた比較的高精度な制御が可能となる。

第３コンデンサ部５０Ｅは、たとえば図１５に示したようにステージ３′におけるガイド３０に第３移動電極３６を設けることにより形成すればよい。第３移動電極３６は、第１および第２移動電極３１，３２と同様に、複数の個別電極部３６Ａを、Ａ１，Ａ２方向に延びるコモン電極３６Ｂによって繋げた形態を有しており、全体として櫛歯状に形成されている。第３移動電極３６はまた、第１および第２移動電極３１，３２と同様に、溝の内部を埋めるように形成されており、その表面が固定体２の表面と面一または略面一とされている。

第３移動電極３６の個別電極部３６Ａは、第１および第２移動電極３１，３２の個別電極部３１Ａ，３２Ａと同様な形態、すなわち同様な長さ寸法および幅寸法を有する帯状に形成されている。第３移動電極３６の個別電極部３６Ａはまた、隣接する個別電極部３６Ａのピッチが第１および第２移動電極３１，３２の個別電極部３１Ａ，３２Ａのピッチと同様とされており、第１固定電極２１の個別電極部２１Ａ（図２および図３など参照）との関係において、第１移動電極３１の個別電極部３１ＡとがＡ１，Ａ２方向に対して互いに位置ずれして配置されている。たとえば、第３コンデンサ部５０Ｅからの出力波形を第１コンデンサ部５０Ａからの出力波形に対して４５°（π／４）だけ位相がずれたものとする場合には、第１固定電極２１の個別電極部２１Ａ（図２および図３など参照）との関係において、第１移動電極３１の個別電極部３１Ａの第３移動電極３６の個別電極部３６Ａの位置ずれの程度は、隣接する個別電極部３６Ａのピッチの１／８に対応する距離とされる。

さらに、第１および第２固定電極２１，２２、第１ないし第３移動電極３１，３２，３６における個別電極部２１Ａ，２２Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３６Ａは、必ずしも平面視において帯状の形態を有している必要はなく、たとえば台形、三角形あるいは半円形などの他の形態であってもよい。

以上、ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置について説明したが、本発明のステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の第１の実施の形態に係る搬送装置の一例を示す斜視図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１に示した搬送装置における固定体の平面図である。 図４（ａ）は固定体に第１および第２固定電極を形成する方法を説明するための斜視図であり、図４（ｂ）はその断面図である。 図５（ａ）は固定体に第１および第２固定電極を形成する方法を説明するための斜視図であり、図５（ｂ）はその断面図である。 図６（ａ）は固定体に第１および第２固定電極を形成する方法を説明するための斜視図であり、図６（ｂ）はその断面図である。 図１に示した搬送装置におけるステージの底面図である。 第１および第２固定電極に対する第１および第２移動電極の位置関係を説明するための平面図である。 ステージを移動させたときの第１および第２固定電極と第１および第２移動電極との位置関係を説明するための図１のIX−IX線に沿う断面に相当する断面図である。 図１０（ａ）は第１および第２コンデンサ部からの出力波形の一例を示すグラフであり、図１０（ｂ）はその一周期分を拡大して示したグラフである。 第１および第２移動電極の他の配置例を説明するためのステージの底面図である。 図１に示した搬送装置における検査装置を説明するブロック図である。 図１に示した搬送装置における検査装置を説明する回路図である。 図１４（ａ）は第１ないし第３コンデンサ部からの出力波形の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）はその一周期分を拡大して示したグラフである。 図１２に示した検出装置における第３コンデンサ部を説明するためのステージの底面図である。 従来の検出装置の一例の要部を示す断面図である。 図１７に示した検出装置からの出力波形を示すグラフである。

符号の説明

１ 搬送装置
２ 固定体
２１ 第１固定電極
２１Ａ （第１固定電極の）個別電極
２２ 第２固定電極
２２Ａ （第２固定電極の）個別電極
２３ 参照用固定電極
２４，２５ （固定体の）溝
３，３′ ステージ
３１ 第１移動電極
３１Ａ （第１移動電極の）個別電極
３２ 第２移動電極
３２Ａ （第２移動電極の）個別電極
３３ 参照用移動電極
３４，３５ （ステージの）溝
３６ 第３移動電極
４ 駆動手段
５，５′ 検出装置
５０Ａ 第１コンデンサ部
５０Ｂ 第２コンデンサ部
５０Ｃ〜Ｅ 既知コンデンサ部
５１ 参照用コンデンサ
５２ 制御部
５３ ブリッジ回路
５５ 電源部
５６ 比較アンプ
６１ 電源制御部

Claims (10)

1. 固定体に対して相対移動可能なステージの位置変動を検出する装置であって、
   前記固定体に設けられた検出用固定電極と、前記ステージに設けられた検出用移動電極とを有して構成された、前記ステージの移動にともなって各電極間の電気容量が変動する検出用コンデンサ部と、
   前記固定体に設けられた参照用固定電極と、前記ステージに設けられた参照用移動電極と、を有して構成された、前記ステージの移動の最中における各電極間の電気容量が略一定とされた参照用コンデンサ部と、
   前記検出用コンデンサ部および前記参照用コンデンサ部の双方に電圧を印加する電源と、を備え、
   前記参照用コンデンサ部の電気容量の変動に応じて、前記電源から印加する前記電圧を制御しており、
   前記固定体に設けられた第１の固定電極と、前記ステージに設けられた第１移動電極とで構成された第１コンデンサ部と、
   前記固定体に設けられた第２の固定電極と、前記ステージに設けられた第２移動電極とで構成された第２コンデンサ部と、
   を前記検出用コンデンサ部として備え、
   前記固定体に対して前記ステージを移動させたとき、前記第１コンデンサ部からの電気容量の出力波形と、前記第２コンデンサ部からの電気容量の出力波形とで、位相がずれるように構成されており、
   前記第１コンデンサ部の電気容量と前記第２コンデンサ部の電気容量とのうち、いずれか一方の電気容量に基づいて、前記ステージの位置変動を検出しており、
   前記固定体に設けられた第３固定電極、および前記ステージに設けられた第３移動電極を含む第３コンデンサ部をさらに備えており、かつ、
   前記第３コンデンサ部は、前記第１および第２コンデンサ部とは、前記固定体に対して前記ステージを移動させたときの出力波形の位相がずれていることを特徴とする、ステージの位置変動検出装置。
2. 前記検出用固定電極および前記検出用移動電極は、前記ステージの移動方向に沿って同一または略同一のピッチで並んだ複数の個別電極部を有し、
   前記参照用固定電極および参照用移動電極は、前記ステージの移動方向に沿って延びた略長方形状であって、前記ステージの移動範囲にわたって延在している、請求項１記載のステージの位置変動検出装置。
3. 前記固定体に対して前記ステージを移動させたときの前記第１および第２コンデンサ部からの出力波形の位相のずれは、６０°以上１２０°以下である、請求項１または２に記載のステージの位置変動検出装置。
4. 前記固定体に対して前記ステージを移動させたときの前記第１および第２コンデンサ部からの出力波形の位相のずれが、略９０°である、請求項３に記載のステージの位置変動検出装置。
5. 前記固定体に対する前記ステージの停止位置に応じて、前記第１および前記第２コンデンサ部のうちから選択されたコンデンサ部の出力のいずれか一方を選択し、
   選択したコンデンサ部からの出力波形に基づいて、前記ステージの位置変動を検出するように構成されている、請求項３または４に記載のステージの位置変動検出装置。
6. 前記検出用固定電極および前記参照用固定電極は、前記固定体に溝を形成した後に、該溝の内部および該溝が形成された面を覆うように導体層を形成し、前記固定体の表面が露出するまで前記導体層を研磨することにより形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のステージの位置変動検出装置。
7. 前記検出用移動電極および前記参照用移動電極は、前記ステージに溝を形成した後に、該溝の内部および該溝が形成された面を覆うように導体層を形成し、前記ステージの表面が露出するまで前記導体層を研磨することにより形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載のステージの位置変動検出装置。
8. 固定体と、
   前記固定体に対して相対移動可能なステージと、
   前記固定体に対して前記ステージを相対移動させるための駆動手段と、
   前記ステージを前記固定体における所定の位置で位置決め停止させた後の前記ステージの位置変動を検出する位置変動検出装置と、
   を備えており、
   前記位置変動検出装置は、請求項１〜７のいずれかに記載のものであることを特徴とする、搬送装置。
9. 前記位置変動検出装置において前記ステージの位置変動が確認されたときに、前記位置変動検出装置での検出結果に基づいて、前記駆動手段を制御して前記ステージを所定の位置に位置させるための制御手段をさらに備えている、請求項８に記載の搬送装置。
10. 固定体と、
    前記固定体に対して相対移動可能なステージと、
    前記固定体に対して前記ステージを相対移動させるための駆動手段と、
    前記ステージを前記固定体における所定の位置で位置決め停止させた後の前記ステージの位置変動を検出する位置変動検出装置と、
    を備えており、
    前記位置変動検出装置は、前記固定体に対して相対移動可能な前記ステージの位置変動を検出する装置であって、前記固定体に設けられた検出用固定電極と、前記ステージに設けられた検出用移動電極とを有して構成された、前記ステージの移動にともなって各電極間の電気容量が変動する検出用コンデンサ部と、前記固定体に設けられた参照用固定電極と、前記ステージに設けられた参照用移動電極と、を有して構成された、前記ステージの移動の最中における各電極間の電気容量が略一定とされた参照用コンデンサ部と、前記検出用コンデンサ部および前記参照用コンデンサ部の双方に電圧を印加する電源と、を備え、前記参照用コンデンサ部の電気容量の変動に応じて、前記電源から印加する前記電圧を制
    御しており、
    前記電源からの電源電圧または電源周波数を監視し、その結果を前記電源にフィードバックして前記参照用コンデンサ部での電気容量を一定化するように構成されていることを特徴とする、搬送装置。

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