(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量型検出部を備える静電容量型センサ部品であって、
前記静電容量型検出部は、検出電極とシールド電極とを備え、
前記検出電極は、被検出物体を検出する検出部検出電極と前記検出部検出電極まで電極を導入する電極導入部検出電極とを有し、
前記電極導入部電極は少なくとも２つのシールド電極でシールドされ、
前記少なくとも２つのシールド電極は一定振幅の交流信号を発する同一の交流信号発生手段に接続されていることを特徴とする、静電容量型センサ部品。
【請求項２】
前記静電容量型センサ部品は積層構造を有し、
前記少なくとも２つのシールド電極は、
前記検出電極の背面で異なる層に形成される背面シールド電極（４１）と、
前記検出電極の側面で同一の層に形成される側面シールド電極（３１）と、
前記検出電極の前面で異なる層に形成されて、前記検出電極とは重ならないように配置される前面シールド電極（２１）との内のいずれか２つを含む、請求項１に記載の静電容量型センサ部品。
【請求項３】
前記シールド電極は、背面シールド電極と、前記側面シールド電極と、前記前面シールド電極とを含む、請求項２に記載の静電容量型センサ部品。
【請求項４】
被搭載物体を搭載可能な物体搭載体であって、
請求項１〜３のいずれかに記載の静電容量型センサ部品が固定されていることを特徴とする物体搭載体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の静電容量型センサ部品、または請求項４に記載の物体搭載体を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の静電容量型センサ部品、または請求項４に記載の物体搭載体を備えることを特徴とする液晶表示素子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型センサ部品に関し、特に、静電容量変化を利用した近接センサであって、ＦＡ機器、検査機、ロボット、半導体製造装置等に利用可能な静電容量型センサ、静電容量型センサ部品、当該センサ部品を備えた物体搭載体、半導体製造装置および液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、特開平７−２９４６７号公報（特許文献１）に示されている従来の静電容量型近接スイッチのセンサ部及びアンプ部の前段部分を示す図である。本図においてセンサ部１１１は３層のプリント基板１１２によって構成されている。このプリント基板１１２の一方の面に形成される第１層のパターンは物体検知領域に対向して配置された検知電極１１２ａであり、プリント基板１１２の内部のパターンはこの検知電極１１２ａをシールドするための第２層パターン、即ち同相シールドパターン１１２ｂである。このプリント基板１２の他方の面に形成される第３層のパターンをシールドアースパターン１１２ｃとしている。シールドアースパターン１１２ｃは検知電極１１２ａ、同相シールドパターン１１２ｂに対する外来ノイズの影響を少なくするためのパターンである。そしてパターン１１２ａ、１１２ｂをシールドケーブル１１３の芯線及び被覆線にそれぞれ接続し、主回路部１１４側に接続している。主回路部１１４において検知電極１１２ａが接続される芯線はバッファ回路１１５の入力端に接続されている。そしてバッファ回路１１５の出力端はシールド線１１３の被覆線に接続され、さらにシュミットトリガインバータ１１６の入力端に接続されている。帰還抵抗Ｒはシュミットトリガインバータ１１６の出力端とバッファ回路１１５の入力端との間に接続されている。
【０００３】
ここで検知電極１１２ａに、接地された物体が近接すればその間の静電容量Ｃｄが増加する。バッファ回路１１５とシュミットトリガインバータ１１６はこの静電容量Ｃｄと帰還抵抗Ｒを時定数として発振する発振回路１１７を構成しており、その出力は周期カウンタ１１８に接続される。周期カウンタ１１８は発振回路の発振周期を測定するものであって、その出力はリニアライザ１１９に与えられる。リニアライザ１１９は周期の変化を物体までの距離に対する変化として直線化するものである。リニアライザ１１９の出力は表示回路１２０及び比較回路１２１に入力される。比較回路１２１は入力信号を所定の閾値で弁別するものであり物体の有無の判別信号として出力回路１２２により出力される。
【０００４】
このような構成によれば、検知電極１１２ａと同相シールドパターン１１２ｂとはシールドケーブル１１３を介してバッファ回路１１５の入出力端に接続されているため、常に同位相、同電圧となる。そのため検知電極１１２ａは同相シールドパターン１１２ｂとの間の静電容量の影響を受けなくなる。このためシールドケーブル１１３によって検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離することができる。
【特許文献１】特開平７−２９４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、特開平７−２９４６７号公報によれば、センサ部は、物体検出に向けられた検出電極の第１層パターン１１２ａと、シールドの第２層のパターン１１２ｂと、接地された第３層の電極パターンから成る。また、アンプ部から検出部各電極まではシールド線１１３で接続されており、別に接地配線を施している。これらの構造では以下の問題を有する。
【０００６】
ａ）検出電極線、シールド線、接地線を必要とし複雑でコストを費やす。
【０００７】
ｂ）検出、シールド、接地の各電極を必要とし複雑でコストを費やす。
【０００８】
また、縦方向に複数個の検出部を設置した場合には、
ｃ）直上検出部の接地電極とその直下の検出電極との間の容量と、本来の検出物体と検出電極との間の容量とを区別するのに複雑なアンプ回路を必要とする。
【０００９】
ｄ）横方向の物体に対して誤検出する可能性がある。
【００１０】
従って、本発明の主な目的は、構造が簡単な静電容量型センサ部品、当該静電容量型センサ部品を備えた物体搭載体、半導体製造装置および液晶表示素子製造装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、横方向の物体に対しての誤検出を防止可能な静電容量型センサ部品、当該静電容量型センサ部品を備えた物体搭載体、半導体製造装置および液晶表示素子製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１によれば、静電容量型検出部を備える静電容量型センサ部品であって、前記静電容量型検出部は、検出電極とシールド電極とを備え、前記検出電極は、被検出物体を検出する検出部検出電極と前記検出部検出電極まで電極を導入する電極導入部検出電極とを有し、前記検出電極と前記シールド電極とがそれぞれ平板状の電極であって、互いに異なる層となるように積層されて設けられ、前記積層方向から平面図的に見た場合に、前記検出部検出電極と前記シールド電極とが重ならず、前記電極導入部検出電極の少なくとも一部と前記シールド電極とが重なるように前記検出電極とシールド電極とが設けられていることを特徴とする静電容量型センサ部品が提供される。
【００１３】
請求項１において、好ましくは、第２のシールド電極をさらに備え、前記第２のシールド電極が平板状の電極であって、前記検出電極に対して前記シールド電極と反対側に積層されて設けられ、前記積層方向から平面図的に見た場合に、前記検出部検出電極および前記電極導入部検出電極と前記第２のシールド電極とが重なるように前記検出電極と前記第２のシールド電極とが設けられていることを特徴とすることで、より誤検出を少なくすることができる静電容量型センサ部品が提供される。
【００１４】
さらに、好ましくは、前記検出電極と前記シールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極とが前記静電容量型センサ部品を搭載可能な絶縁体と一体化され、前記静電容量型検出部が前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とが前記静電容量型センサ部品を搭載可能な絶縁体と一体化されていることを特徴とすることにより、より低コストで、より誤検出の少ない静電容量型センサ部品が提供される。
【００１５】
さらに、より好ましくは、前記検出電極と前記シールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極とが絶縁層によって覆われ、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とが絶縁層によって覆われていることを特徴とすることで環境に対して高信頼性があり、さらに誤検出をおさえる事が可能な静電容量型センサ部品が提供される。
【００１６】
請求項２によれば、静電容量型検出部を備える静電容量型センサ部品であって、前記静電容量型検出部は検出電極とシールド電極とを備え、前記検出電極は、被検出物体を検出する検出部検出電極を有し、前記検出部検出電極が平板状の電極であって、前記平板の主面に垂直な方向から平面図的に見た場合に、前記シールド電極の少なくとも一部が前記検出部検出電極の側方にあるように前記検出電極と前記シールド電極とが設けられていることを特徴とする静電容量型センサ部品が提供される。
【００１７】
請求項２において、好ましくは、前記平板の主面に垂直な方向から平面図的に見た場合に、前記シールド電極の少なくとも一部が前記検出部検出電極の周囲にあるように前記検出電極と前記シールド電極とが設けられていることを特徴とすることで、より誤検出を少なくできる静電容量型センサ部品が提供される。
【００１８】
請求項３によれば、前記検出電極は、前記検出部検出電極まで電極を導入する電極導入部検出電極をさらに有し、前記平板の主面に垂直な方向から平面図的に見た場合に、前記シールド電極が前記検出部検出電極および前記電極導入部検出電極の周囲にあるように前記検出電極と前記シールド電極とが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型センサ部品が提供される。
【００１９】
請求項４によれば、前記検出電極と前記シールド電極とが同一層内に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の静電容量型センサ部品が提供される。
【００２０】
請求項５によれば、前記検出電極と異なる層となるように前記検出電極と積層されて設けられた平板状の第２のシールド電極をさらに備え、前記検出電極は、前記検出部検出電極まで電極を導入する電極導入部検出電極をさらに有し、前記積層方向から平面図的に見た場合に、前記検出部検出電極と前記第２のシールド電極とが重ならず、前記電極導入部検出電極の少なくとも一部と前記第２のシールド電極とが重なるように前記検出電極と第２のシールド電極とが設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の静電容量型センサ部品が提供される。
【００２１】
請求項６によれば、前記検出電極と異なる層となるように前記検出電極と積層されて設けられた平板状の第３のシールド電極をさらに備え、前記検出電極は、前記検出部検出電極まで電極を導入する電極導入部検出電極をさらに有し、前記積層方向から平面図的に見た場合に、前記検出部検出電極および前記電極導入部検出電極と前記第３のシールド電極とが重なるように前記検出電極と第３のシールド電極とが設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の静電容量型センサ部品が提供される。
【００２２】
請求項７によれば、第４のシールド電極をさらに備え、前記第４のシールド電極が平板状の電極であって、前記検出電極に対して前記第２のシールド電極と反対側に積層されて設けられ、前記積層方向から平面図的に見た場合に、前記検出部検出電極および前記電極導入部検出電極と前記第４のシールド電極とが重なるように前記検出電極と前記第４のシールド電極とが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の静電容量型センサ部品が提供される。
【００２３】
請求項８によれば、被搭載物体を搭載可能な物体搭載体であって、請求項１〜７のいずれかに記載の静電容量型センサ部品が固定されていることを特徴とする物体搭載体が提供される。
【００２４】
請求項８において、好ましくは、前記検出電極と前記シールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極とが前記被搭載物体を搭載可能な絶縁体と一体化され、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とが前記被搭載物体を搭載可能な絶縁体と一体化され、前記検出電極と前記シールド電極と前記第３のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第３のシールド電極とが前記被搭載物体を搭載可能な絶縁体と一体化され、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極と前記第４のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極と前記第４のシールド電極とが前記被搭載物体を搭載可能な絶縁体と一体化されていることを特徴とすることにより、より低コストで誤検出の少なくできる物体搭載体が提供される。
【００２５】
また、より好ましくは、前記検出電極と前記シールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極とが絶縁層によって覆われ、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極とが絶縁層によって覆われ、前記検出電極と前記シールド電極と前記第３のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第３のシールド電極とが絶縁層によって覆われ、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極と前記第４のシールド電極とを備える場合には、前記検出電極と前記シールド電極と前記第２のシールド電極と前記第４のシールド電極とが絶縁層によって覆われていることを特徴とすることで、さらに誤検出を少なくし、被検出物体の検出精度が向上された物体搭載体が提供される。
【００２６】
さらに、より好ましくは、前記絶縁体がセラミックスであり、前記絶縁層がセラミックスである。
【００２７】
請求項９によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の静電容量型センサ部品、または請求項８に記載の物体搭載体を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００２８】
請求項１０によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の静電容量型センサ部品、または請求項８に記載の物体搭載体を備えることを特徴とする液晶表示素子製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、構造が簡単であるが高精度な静電容量型センサ部品、当該静電容量型センサ部品を備えた物体搭載体、半導体製造装置および液晶表示素子製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ検出機能付き搬送アームを説明するための概略部分横断面図である。図２は、本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ検出機能付き搬送アームを説明するための概略縦断面図である。
【００３２】
本実施の形態のウェーハ検出機能付き搬送アーム１０は、絶縁体１１と検出電極３２とシールド電極２１、３１、４１とを備えている。絶縁体１１は、絶縁体層１２〜１６が一体化されて構成されている。絶縁体層１２〜１６の各層の厚さはそれぞれ０．５ｍｍである。絶縁体層１２にはシールド電極２１が形成され、絶縁体層１４には検出電極３２とシールド電極３１とが形成され、絶縁体層１６にはシールド電極４１が形成されている。絶縁体層１６上に絶縁体層１５を挟んで絶縁体層１４が積層され、その上に絶縁体層１３を挟んで絶縁体層１２が積層されている。
【００３３】
このウェーハ検出機能付き搬送アーム１０は、アルミナ系のセラミックスを用い、シート成形によってシートを成形した後、シートに電極をスクリーン印刷して、さらに位置合わせをし、積層後、アームの形状に切断成形し、同時焼成により作成した。
【００３４】
次に、このようにして形成されたウェーハ検出機能付き搬送アーム１０の検出電極３２およびシールド電極２１、３１、４１の構造およびこれらの電極間の位置関係を説明する。
【００３５】
シールド電極４１上に絶縁体層１５を介して検出電極３２およびシールド電極３１が形成され、検出電極３２およびシールド電極３１上に絶縁体層１３を介してシールド電極２１が形成されている。
【００３６】
検出電極３２は、被検出物体を検出する円形の検出部検出電極３２２と検出部検出電極まで電極を導入する電極導入部検出電極３２１とを備えている。シールド電極３１は検出電極３２と同一層内に設けられている。シールド電極３１は、検出電極３２の周囲を検出電極３２の主面と平行な方向において取り囲んでいる。シールド電極３１は、検出部シールド電極３１２と電極導入部シールド電極３１１とを備えている。検出部シールド電極３１２は、検出部検出電極３２２を検出電極３２の主面と平行な方向において取り囲んでいる。検出部シールド電極３１２と検出部検出電極３２２との間には絶縁体１１が存在する。検出電極３２の主面と平行な方向における電極導入部検出電極３２１の両側には２つの電極導入部シールド電極３１１が、電極導入部検出電極３２１と平行にそれぞれ設けられている。電極導入シールド電極３１１と電極導入検出電極３２１との間には絶縁体１１が存在する。
【００３７】
シールド電極２１は電極導入部シールド電極２１１からなり、電極導入部シールド電極２１１は、電極導入部検出電極３２１およびその両側の電極導入部シールド電極３１１に対面して設けられている。電極導入部シールド電極２１１と、電極導入部検出電極３２１およびその両側の電極導入部シールド電極３１１との間には、絶縁体１１が存在する。シールド電極２１は、検出部検出電極３２２とは対向して設けられておらず、検出部検出電極３２２は、シールド電極２１から露出している。従って、被検出物体とこの検出部検出電極３２２との間に形成される容量値を測定することによって、被検出物体を検出することができる。
【００３８】
シールド電極４１は、検出部シールド電極４１２と電極導入部シールド電極４１１とを備えている。検出部シールド電極４１２は、検出部検出電極３２１およびその周囲の検出部シールド電極３１２に対面して設けられている。電極導入部シールド電極４１１は、電極導入部検出電極３２１およびその両側の電極導入部シールド電極３１１に対面して設けられている。シールド電極４１と、検出電極３２およびシールド電極３１との間には、絶縁体１１が存在する。
【００３９】
本実施の形態においては、後に説明する演算増幅器を備えるＺ／Ｖ変換（インピーダンス−電圧変換）装置を使用して、検出電極３２を演算増幅器の反転入力端子に接続し、シールド電極２１、３１、４１を演算増幅器の非反転入力端子に接続する。この演算増幅器の２つの入力端子（反転入力端子および非反転入力端子）がイマジナルショート状態にあるので、検出電極３２とシールド電極２１、３１、４１とは、同一電位となる。従って、これらの間に形成される寄生容量に影響されることなく、検出部検出電極３２２と被検出物体とによって形成されるインピーダンス成分の値（本実施の形態では容量値）のみに依存した電圧を得ることができ、インピーダンス値が非常に大きくても（インピーダンスが容量の場合は、容量値が微小であっても）高精度のＺ／Ｖ変換が可能になる。
【００４０】
その結果、上述した特開平７−２９４６７号公報記載の技術と比較して、接地線を必要とせずコスト削減となり、また、接地電極を必要とせずコスト削減となる。
【００４１】
さらに、上述したように、検出部検出電極３２２が、検出電極３２の主面と平行な方向において検出部シールド電極３１２によって取り囲まれているので、ウェーハ検出機能付き搬送アーム１０の横方向の物体に対して検出することなく、性能が向上する。
【００４２】
さらに、上述したように、検出部検出電極３２２直下には、検出部シールド電極４１２が設けられているので、ウェーハ検出機能付き搬送アーム１０の下方向の物体によって影響を受けることなく、性能が向上する。また、ウェーハ検出機能付き搬送アーム１０を縦方向に複数個配置した場合でも、ある特定のウェーハ検出機能付き搬送アーム１０はその検出部検出電極３２２直上に配置された対象被検出物体のみを検出することになり、性能は向上する。
【００４３】
上述のように、本実施の形態においては、検出電極３２とシールド電極２１、３１、４１とが同一電位となり、これらの間に形成される寄生容量に影響されることなく、検出部検出電極３２２と被検出物体とによって形成されるインピーダンス成分の値（本実施の形態では容量値）のみに依存した電圧を得ることができ、インピーダンス値が非常に大きくても（インピーダンスが容量の場合は、容量値が微小であっても）高精度のＺ／Ｖ変換が可能になる。このように、静電容量を高精度に検出できるセンサ回路なので、センサは鈍くても良く、電極構造を簡素化することができる。従って、検出電極３２のみを設けたウェーハ検出機能付き搬送アーム１０でもよく、また、シールド電極２１、３１および４１のうちのいずれか一つを設けた構造のものでも性能が向上する。従って、わずか１枚のセラミックス基板の片面に検出電極とシールド電極とを設けた構造のものでアームを構成することもでき、１枚のセラミックス基板の両面に電極を焼き付けたもので、アームを構成することもできる。
【００４４】
なお、絶縁体１１用の材料としては、樹脂、セラミック等、半導体製造工程で使用する高温仕様のものが好適に使用される。
【００４５】
また、検出電極３２およびシールド電極２１、３１、４１は樹脂、セラミック等の絶縁体層で覆われていることが好ましく、このようにすれば、高温での電極劣化が防止される。
【００４６】
次に、図３〜８を参照して、本実施の形態で使用するＺ／Ｖ変換装置の構成を詳細に説明する。
【００４７】
図３は、本実施の形態に係るＺ／Ｖ変換装置の第１の実施例を概略的に示す回路図である。図３において、演算増幅器１は入力インピーダンスと利得が極めて大きい演算増幅器であり、その出力端子２と反転入力端子（−）との間に帰還インピーダンス素子３が接続されて演算増幅器１に負の帰還ループが形成されている。演算増幅器１の非反転入力端子（＋）には交流電圧を発生する交流信号発生器４が接続され、演算増幅器１の反転入力端子（−）には、信号線５の一端が接続されている。信号線５の他端には、未知の値のインピーダンス成分すなわち被検出インピーダンス成分（対象物）６の検知電極６１（本実施の形態では検出電極３２）が接続される。対象物６の他方の電極６２は接地されるか、直流の一定のバイアス電位に固定されるか、あるいは、開放状態とされる。
【００４８】
なお、他方の電極６２に交流バイアスを加えることもできるが、このときには、演算増幅器１の出力電圧の数学的解析が複雑になる。
【００４９】
外部からのノイズ等の不要信号が信号線５に誘導されるのを防止するために、信号線５の周囲はシールド手段７によって包囲されている。このシールド手段７は１つのシールド層からなり、アースされず、演算増幅器１の非反転入力端子（＋）に接続される。なお、本実施の形態では、シールド電極２１、３１、４１がこのシールド手段７に接続される。
【００５０】
演算増幅器１には帰還インピーダンス素子３を介して負帰還がかかっており、しかも、演算増幅器１は入力インピーダンスと利得が極めて大きい演算増幅器であるので、演算増幅器１の反転入力端子（−）及び非反転入力端子（＋）はイマジナリショート状態にあり、電位差は実質的にゼロである。したがって、信号線５とシールド手段７とは同電位にあるので、信号線５とシールド手段７との間に生じる浮遊容量をキャンセルすることができる。このことは、信号線５の長さにも無関係に成立する。したがって、信号線５の移動や折り曲げ、折り返し等による信号線５とシールド線７との間に生じる浮遊容量の変化は、出力される出力電圧の変化には現れない。
【００５１】
いま、交流信号発生器４の交流出力電圧をＶｉとし、被検出インピーダンス成分すなわち対象物６の検出すべきインピーダンス値をＺｘ、対象物６を流れる電流をｉ１、既知の帰還インピーダンス回路３のインピーダンス値をＺｆ、帰還インピーダンス回路３を流れる電流をｉ２とし、演算増幅器１の反転入力端子（−）における電圧をＶｍ、演算増幅器１の出力電圧をＶｏとすると、演算増幅器１の２つの入力端子は前述のとおりイマジナリショート状態にあるので、反転入力端子（−）における電圧Ｖｍは交流信号発生器４の交流信号出力電圧Ｖｉと同電位となる。すなわち、Ｖｉ＝Ｖｍ、また、下記の式が成り立つ。
【００５２】
［数１］
ｉ１＝−Ｖｍ／Ｚｘ＝−Ｖｉ／Ｚｘ
ｉ２＝（Ｖｍ−Ｖｏ）／Ｚｆ＝（Ｖｉ−Ｖｏ）／Ｚｆ
ここで、ｉ１＝ｉ２であるから、演算増幅器１の出力電圧Ｖｏは、下記となる。
【００５３】
［数２］
Ｖｏ＝Ｖｉ（１＋Ｚｆ／Ｚｘ）                    （１）
式（１）は、演算増幅器１がインピーダンス値Ｚｘに依存して変化する交流電圧を出力することを表している。
【００５４】
以上のことから、信号線５、シールド手段７、交流信号発生器４、演算増幅器１及び帰還インピーダンス素子３を含む部分（図３の一点鎖線で囲まれたブロック８）は、信号線５の他端に接続される対象物６のインピーダンスＺｘをそれに対応する電圧Ｖｏへ変換するＺ／Ｖ変換装置を構成していることがわかる。
【００５５】
ここで留意すべきは、演算増幅器１の反転及び非反転入力端子はイマジナリ・ショート状態にあるので、信号線５とシールド手段７の間に生じる浮遊容量が演算増幅器１の２つの入力端子の間に現れることはないということである。これにより、演算増幅器１の出力電圧Ｖｏは、信号線５とシールド手段７との間に生じる浮遊容量に関係する項を全く含まないので、対象物６のインピーダンスＺｘが非常に大きくても、演算増幅器１からは、この非常に大きなインピーダンスＺｘのみに対応した電圧Ｖｏが出力される。
【００５６】
演算増幅器１の出力電圧Ｖｏは上記式（１）のように表され、式（１）において、帰還インピーダンス回路３のインピーダンスＺｆ並びに交流信号Ｖｉの周波数及び振幅は既知である。また、演算増幅器１の交流出力電圧Ｖｏは、周波数が交流信号Ｖｉの周波数と同一であり、振幅は演算増幅器１の出力のピーク値を検出することにより得ることができる。従って、式（１）を逆算することにより、インピーダンス値Ｚｘを得ることができる。例えば、対象物６のインピーダンスＺｘが容量成分Ｃｘである場合、ＣｘとＶｏの振幅とは、ある実験においては図４のグラフに示されるようになった。なお、ＺｘとＶｏの関係を予め記憶した関数テーブルを検索することによっても、インピーダンス値Ｚｘを得ることができる。
【００５７】
さらに、交流出力電圧Ｖｏを適宜の回路に供給して該交流出力電圧に対応する直流電圧Ｖｄｄを生成し、該回路によって得られた直流電圧Ｖｄｄに基づき、インピーダンス値Ｚｘを得ることもできる。直流電圧Ｖｄｄを生成する回路として、例えば整流平滑回路等の任意のＡＣ−ＤＣ変換回路を採用することができる。また、必要に応じて、出力電圧Ｖｏを増幅した後にＡＣ−ＤＣ変換してもよい。
【００５８】
このように、図３の一点鎖線で囲まれたブロック８と、演算増幅器１の出力電圧Ｖｏ又は該電圧Ｖｏに対応する直流電圧ＶｄｄからインピーダンスＺｘを求める処理回路とを組み合わせることにより、対象物６のインピーダンス値Ｚｘを検出することができる。
【００５９】
図３に示した第１の実施例において、シールド手段７はパイプ状のシールド手段とすることができる。また、信号線５及びシールド手段７からなる同軸ケーブルに可撓性を持たせるために、シールド手段７を細い金属ストリップを編み込んだ１重層のメッシュ構造に形成することもできる。
【００６０】
ただし、シールド手段７を１重層のメッシュ構造にした場合、交流信号発生器４の周波数を高周波にすると、該高周波信号が信号線５からシールド手段７の微細な穴を介してリークしてしまい、交流出力電圧Ｖｏに影響を与えてしまう恐れがある。また、高周波の外乱ノイズがシールド手段７により遮蔽されずに信号線５に載ってしまうこともあり、この場合も交流出力電圧Ｖｏに外乱ノイズの影響が顕れてしまう。さらに、このような同軸ケーブルに手を触れた場合、演算増幅器１からの出力電圧Ｖｏが変動してしまうことがある。
【００６１】
図５は、シールド手段をメッシュ構造にして可撓性を持たせた場合でも、高精度でＺ／Ｖ変換を行うことができる、本実施の形態のＺ／Ｖ変換装置の第２の実施例を示している。図５において、図３の第１の実施例と同一の構成要素には同一の参照番号を付しており、第２の実施例は、シールド手段が、ともに演算増幅器１の非反転入力端子に接続される内側シールド手段（第１のシールド層）７１、外側シールド手段（第２のシールド層）７２の２重のメッシュ構造になっている点で、第１の実施例と相違している。
【００６２】
第２の実施例においては、シールド手段を２重のメッシュ構造にしているので、１重のメッシュ構造のものと比較して、シールド手段の穴の径が小さくなり、交流信号発生器４の周波数が高周波であっても信号線５からシールド手段７１、７２へのリークが低減され、また外来ノイズによる影響も低減されるので、検出すべきインピーダンスＺｘに正確に対応する出力電圧Ｖｏを得ることができる。例えば、本実施の形態において、シールド手段を１重メッシュ構造にして静電容量を検出した場合、１ＭＨｚ程度の周波数では同軸ケーブルに手が触れると数百ｐｐｍ程度の出力変動が生じるが、２重メッシュ構造にすると、手が触れても変動が殆ど生じることがない。
【００６３】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施例と第２の実施例を水分計として用いて、１重のシールド手段及び２重のシールド手段によって生じるノイズの影響を実験により検証した場合の、実験結果を示している。この実験においては、交流信号発生器４から１ＭＨｚの交流信号Ｖｉを発生させ、また、同軸ケーブルを間欠的に手で握ることによって、出力電圧Ｖｏに現れる影響を検出した。
【００６４】
図６の（Ａ）及び（Ｂ）から明らかなように、１重メッシュ構造を採用している第１の実施例の場合には、手で握った期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で出力電圧Ｖｏに大きなノイズが重畳されているのに対して、２重メッシュ構造を採用している第２の実施例においては、出力電圧にノイズが重畳されていない。したがって、実験結果から、シールド手段を２重メッシュ構造とすればノイズの影響を殆どゼロにすることができることが実証された。
【００６５】
図７は、本実施の形態のＺ／Ｖ変換装置の第３の実施例を示している。該第３の実施例は、第２の実施例と同様に、シールド手段を２重のメッシュ構造とし、かつ内側シールド手段７１を演算増幅器１の非反転入力端子に接続しているが、外側シールド手段７２を接地している点で、第２の実施例と相違している。
【００６６】
ただし、第３の実施例のように外側シールド手段７２を接地すると、内側シールド手段７１と外側シールド手段７１との間に１０００ｐＦ/ｍ以上の層間容量すなわち寄生容量が生じ、該寄生容量は、同軸ケーブル（信号線５及び内側及び外側シールド手段７１、７２）が長くなると、大きくなる。また、交流信号発生器４の周波数が高くなると、寄生容量のインピーダンスが低下し信号リークが大きくなる。したがって、第３の実施例は、検知電極６１と演算増幅器１とが比較的近接して配置されて同軸ケーブルが比較的短い場合及び交流信号発生器４の周波数が比較的低い場合に、適用することが好ましい。
【００６７】
本実施の形態の第１〜第３の実施例において、シールド手段７又は内側及び外側シールド手段７１、７２により信号線５を全てシールドすることが好ましい。しかしながら、使用状況等によっては、信号線５の一部のみ（１０％以上）をシールドしてもよい。さらに、信号線５のみならず、検知電極６１以外の全ての装置をシールドすることが、より効果的である。
【００６８】
また、第１〜第３の実施例において、対象物６の被検出インピーダンス成分を、抵抗、コンデンサ、コイル等の任意のインピーダンス成分とすることができる。
【００６９】
被検出インピーダンス成分として容量素子Ｃｘを用いた場合、第１〜第３の実施例は容量−電圧変換装置となり、容量型センサを構成する。この場合、容量素子Ｃｘの信号線５に接続されない電極６２（又はそれに相当するもの）は接地されるか、適宜のバイアス電位に設定されるか、あるいは、空間に解放されている。
【００７０】
測定対象の被検出インピーダンス成分が容量成分の場合は、帰還インピーダンス回路３としてコンデンサを採用し、抵抗成分の場合は、帰還インピーダンス回路３として抵抗又はコンデンサを採用し、誘導成分の場合には帰還インピーダンス回路３としてコイル、抵抗、コンデンサの中で最もＳ／Ｎ比の良いものを採用することが好ましい。帰還インピーダンス回路３と対象物６の被検出インピーダンス成分とを同一特性とした場合、ノイズがより低減されることが多い。
【００７１】
なお、異なる性質のもの組み合わせを採用しても良いことは勿論であり、例えば、図８に示すように、対象物６が容量成分Ｃｘの場合に、帰還インピーダンス回路３として抵抗を採用してもよい。帰還インピーダンス回路として抵抗を用いるので、演算増幅器と帰還抵抗とを１チップとして形成することが容易となる。この場合、交流信号発生器４の出力の角周波数をωとし、帰還抵抗３の抵抗値をＲｆとすると、出力電圧Ｖｏは、式（１）から以下のように表すことができる。
【００７２】
［数３］
Ｖｏ＝Ｖｉ（１＋ｊωＲｆ・Ｃｘ）                    （２）
帰還インピーダンス回路３として、抵抗とコンデンサの並列回路等を採用してもよい。その他、任意の組み合わせが可能である。
【００７３】
また、式（１）から明らかなように、帰還インピーダンス回路３と対象物６の接続位置を取り替えてもよい。すなわち、演算増幅器１の反転入力端子と出力端子との間に検出すべき対象物を接続し、信号線５の一端に既知の値のインピーダンス素子又は回路を接続しても良い。この場合、シールド手段は、被検出インピーダンス成分の２つの検知電極と演算増幅器の反転入力端子及び出力端子との間をそれぞれ接続する２つの線に被覆する必要がある。
【００７４】
さらに、帰還インピーダンス回路３も未知のインピーダンス値であるとしてもよい。この場合、式（１）の右辺のＺｆ及びＺｘはともに未知の値であるため、出力電圧ＶｏはＺｆとＺｘの比の値（＝Ｚｆ／Ｚｘ）に対応した電圧値となる。
【００７５】
一方、例えば図８に示したＺ／Ｖ変換装置において、帰還インピーダンス回路３も未知の抵抗成分とし、該抵抗成分及び対象物６の容量成分がともにある変量Ｙ（例えば、圧力、温度等）に対して線形変化する場合、これらのインピーダンスの比の値Ｚｆ／Ｚｘ＝ｊωＣｘＲｆが変量Ｙに応じて変化することになり、変量Ｙに対応して変化する出力電圧Ｖｏ（＝Ｖｉ（１＋Ｚｆ／Ｚｘ）＝Ｖｉ（１＋ｊωＣｘＲｆ））が得られる。
【００７６】
ここで、２つの未知のインピーダンス成分がそれぞれ、ある変量Ｙに対して線形変化しないものであっても、その組み合わせにより、出力電圧Ｖｏを変量Ｙに対して線形変化させることができ、逆に、各インピーダンス成分が変量Ｙに対して線形変化するものであっても、出力電圧Ｖｏを非線形変化させることができる。
【００７７】
本実施の形態で使用するＺ／Ｖ変換装置は、上記したように構成されているので、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）演算増幅器の２つの入力端子のイマジナルショートにより、検出すべき対象物の被検出インピーダンス成分に接続された信号線とそれを包囲するシールド手段とが同一電位となるので、これらの間に形成される寄生容量に影響されることなく、被検出インピーダンス成分の値のみに依存した電圧を得ることができる。よって、インピーダンス値が非常に大きくても高精度のＺ／Ｖ変換が可能になる。
（２）被検出インピーダンス成分の一方の電極が或る電位にバイアスされていても、そのインピーダンス値に対応した電圧を求めることができる。
（３）シールド手段を２重のメッシュ構造にすることにより、信号線及びシールド手段からなる同軸ケーブルに可撓性を持たせつつ、信号線からの信号リーク及び信号線への外来ノイズの回り込みを低減することができ、より高精度のＺ／Ｖ変換が可能となる。
（４）帰還インピーダンス回路を被検出インピーダンス成分とした場合、２つの被検出インピーダンス成分のインピーダンス比に対応する出力電圧を、信号線の寄生容量に影響されずに高精度で得ることができる。
（５）信号線が長くなってもシールドとの寄生容量に影響されないので、非常に大きいインピーダンスを高精度に測定することができる。
【００７８】
本実施の形態では、このような優れた特性のＺ／Ｖ変換装置を上述した構造のウェーハ検出機能付き搬送アーム１０に使用するので、簡単な構造のウェーハ検出機能付き搬送アームであっても高精度に半導体ウェーハの検出を行うことができる。
【００７９】
なお、上記においては、半導体ウェーハを対象としたウェーハ検出機能付き搬送アームを本発明の一実施の形態として説明したが、本発明は、液晶表示素子形成用のガラス基板等を対象としたその他の被検出物検出機能付き搬送アームにも好適に適用でき、ウェーハ検出機能付き搬送アームを備えた半導体製造装置や液晶表示素子形成用のガラス基板検出機能付き搬送アームを備えた液晶表示素子製造装置にも好適に適用できる。
【実施例１】
【００８０】
上述した本発明の一実施の形態のウェーハ検出機能付き搬送アーム１０を作成した。図１を参照すると、電極導入部シールド電極２１１の幅ａを３０ｍｍ、シールド電極３１の幅ｂを６ｍｍ、電極導入部検出電極３２１の幅ｄを１２ｍｍ、電極導入部シールド電極３１１と電極導入部検出電極３２１との間ｃを４ｍｍ、検出部検出電極３２２の直径ｆを５０ｍｍ、検出部シールド電極３１２の外径ｇを７０ｍｍ、電極導入部シールド電極４１１の幅ｅを３０ｍｍ、検出部シールド電極４１２の直径ｈを７０ｍｍとした。
【００８１】
この様にしてできたウェーハ検出機能付き搬送アーム１０の検出電極３２を、図３に示すＺ／Ｖ変換装置の信号線５に接続し、ウェーハ検出機能付き搬送アーム１０のシールド電極２１、３１、４１をシールド手段７に接続し、対象物（この場合シリコンウェーハ）の検出を行ったところ、アーム１０の上面側（つまり、円形の検出部検出電極３２２がシールドされていない側）にウェーハが接触するか、数センチの近傍に来たときこの回路の出力電圧に充分認識可能な変動（近傍にきたときには数ミリボルトの出力電圧の変動、接触したときには数百ミリボルトの出力電圧の変動）が見られた。一方でアーム１０の裏面（円形の検出部検出電極３２２のシールド側）では、まったくこうした変動が見られず、検出効果の確認が出来た。
【００８２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、構造が簡単であるが高精度な静電容量型センサ部品、当該静電容量型センサ部品を備えた物体搭載体、半導体製造装置および液晶表示素子製造装置に有利に利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ検出機能付き搬送アームを説明するための概略部分横断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態の半導体ウェーハ検出機能付き搬送アームを説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るインピーダンス−電圧（Ｚ／Ｖ）変換装置の第１の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るＺ／Ｖ変換装置において、被検出インピーダンスを容量成分とした場合のＣｘと出力電圧Ｖｏとの関係の実験による一例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態に係るＺ／Ｖ変換装置の第２の実施例を示す回路図である。
【図６】第１の実施例と第２の実施例を用いて、ノイズによる影響を実機テストにより検証した場合のテスト結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態に係るＺ／Ｖ変換装置の第３の実施例を示す回路図である。
【図８】第１の実施例において、被検出インピーダンス成分として静電容量を、帰還インピーダンス回路として抵抗を採用した場合の回路図である。
【図９】従来の静電容量型近接センサを示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  演算増幅器、２  出力端子、３  帰還インピーダンス回路、４  交流信号発生器、５  信号線、６  検出すべき対象物、６１  検出電極、６２  電極、７  シールド手段、７１  内側シールド手段、７２  外側シールド手段、１０  アーム、１１  絶縁体、１２〜１６  絶縁体層、２１、３１、４１  シールド電極、２１１、３１１、４１１  電極導入部シールド電極、３１２、４１２  検出部シールド電極、３２  検出電極、３２１  電極導入部検出電極、３２２  検出部検出電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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