JP2009053210A - ステージ装置及び半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低姿勢・低重心を実現することができるステージ装置、及びこれを備える半導体検査装置を提供する。
【解決手段】
ステージ装置１は、開口部３ａを有する定盤３と、該定盤３の開口部３ａに設けられるＹ軸シャフトモータ５と、該Ｙ軸シャフトモータ５と平行に設けられる２つのＹ軸ガイドレール１２Ａと、該Ｙ軸ガイドレール１２Ａに案内されながらＹ軸シャフトモータ５の駆動により定盤３に対して可動であり、凹部４ｂを有するＹ軸ステージ４と、該Ｙ軸ステージ４の側部に設けられるＸ軸シャフトモータ６と、該Ｘ軸シャフトモータ６と平行に設けられる２つのＸ軸ガイドレール１５Ａと、該Ｘ軸ガイドレール１５Ａに案内されながらＸ軸シャフトモータ６の駆動によりＹ軸ステージ４に対して可動に設けられたＸ軸ステージ７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物の位置決めを行うためのステージ装置及びこのステージ装置を備える半導体検査装置に関する。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のＸＹ軸ステージ装置が知られている。このＸＹ軸ステージ装置において、ベース上には、Ｘ軸ガイドレールが敷設され、このＸ軸ガイドレール上には、Ｘ軸テーブルが配置されている。そして、このＸ軸テーブルは、Ｘ軸リニアモータでＸ軸方向に移動自在である。さらに、Ｘ軸テーブル上には、Ｙ軸ガイドレールが敷設され、このＹ軸ガイドレール上には、Ｙ軸テーブルが配置されている。そして、このＹ軸テーブルは、Ｙ軸リニアモータでＹ軸方向に移動自在である。このような構成のステージ装置は、通称、スタック型ステージと呼ばれ、上下のテーブルをＸ方向及びＹ方向に任意に移動させることができ、半導体製造装置などで利用されている。
特許３９８８２２５号公報

しかしながら、スタック型ステージは、１軸ユニットを上下に積み重ねるように組み合わせて構成されるため、上下方向の寸法が大きくなる傾向にある。ステージが上下方向に高くなると、Ｘ軸位置の測定高さとＹ軸位置の測定高さ（スケール位置）が異なることから、アッベ誤差が出やすく位置決め精度を高めることが難しくなる。また、ストロークが長い場合に、Ｘ軸のガイドからテーブルの両端が大きく張り出してしまうため、ピッチングが起こりやすくなる。また、特に、ステージが上下方向に高くなると、リニアモータで高速にテーブルを駆動した場合に、テーブルの高加減速による振動が発生し易いといった問題もある。このようなアッベ誤差の問題や振動の問題に対応すべく、ステージ装置は低姿勢・低重心であることが望まれる。

また、いわゆるサーフェス型ステージと呼ばれるタイプのステージでは、スタック型ステージの上記の問題を低減することができる。その一方、サーフェス型ステージでは、テーブルの移動を案内するためにエアガイドを用いることから、石材あるいはセラミックスからなるガイド部を用いる必要があり、ガイド部の加工に手間がかかる。また、エアガイドは組み立て作業や、調整作業が難しく、エアを吹き出すことからパーティクルの問題も発生し易い。また、半導体製造装置、特に半導体検査装置においては、ステージの高速化の要求が高まっているが、従来用いられていたボールネジタイプのステージでは、高速化対応が困難である。従って、特にリニアモータを用いるタイプのステージ装置において、ステージ装置を低姿勢、低重心化する要求が高まっている。

そこで、本発明は、低姿勢・低重心を実現することができるステージ装置、及びこれを備える半導体検査装置を提供することを目的とする。

本発明のステージ装置は、下軸ベースと、下軸ベースに設けられる下軸リニアモータと、該下軸リニアモータと平行に下軸ベースに設けられる下軸ガイドレールと、該下軸ガイドレールに案内されながら下軸リニアモータの駆動により下軸ベースに対して可動である上軸ベースと、該上軸ベースの側部に設けられる上軸リニアモータと、該上軸リニアモータと平行に上軸ベースに設けられる上軸ガイドレールと、該上軸ガイドレールに案内されながら上軸リニアモータの駆動により上軸ベースに対して可動に設けられたトップテーブルと、を備えることを特徴とする。

このステージ装置では、トップテーブルを駆動するための上軸リニアモータが、上軸ベースの側部に設けられている。従って、下軸ベースとトップテーブルとの間に挟まれて上軸リニアモータが設置される場合に比較して、下軸ベースとトップテーブルとの間隔を詰めることができる。その結果、ステージ装置の低姿勢・低重心化を図ることができる。

またこの場合、下軸ベースは、凹部又は中空部を有しており、下軸リニアモータは、凹部又は中空部に設けられていることとしてもよい。このステージ装置では、上軸ベースを駆動するための下軸リニアモータが、下軸ベースの凹部又は中空部に設けられている。従って、上軸ベースと下軸ベースとの間に挟まれて下軸リニアモータが設置される場合に比較して、上軸ベースと下軸ベースとの間隔を詰めることができ、ステージ装置の低姿勢・低重心化を図ることができる。

また、本発明のステージ装置では、上軸リニアモータと下軸リニアモータとが、シャフト型モータであることとしてもよい。

下軸リニアモータにシャフト型モータを用いることで、下軸リニアモータのシャフトを下軸ベースの凹部又は中空部に対して両端支持で設置することができる。また、上軸リニアモータにシャフト型モータを用いることで、上軸リニアモータのシャフトを上軸ベースの側部において両端支持で設置することができる。

また、下軸ガイドレールは２つであり、下軸リニアモータを挟んで両側に配置されることとしてもよい。このように下軸リニアモータが２つの下軸ガイドレールの間に配置されることで、下軸リニアモータで駆動される上軸ベースのヨーイングが低減され、上軸ベースの安定した駆動が可能になる。

また、上軸リニアモータはシャフト型モータであり、上軸リニアモータのシャフトは、上軸ベースの側部の両端に設けられたシャフト支持部により両端支持されていることとしてもよい。この構造によれば、上軸リニアモータのシャフトを上軸ベースから離して側部に設置することができるので、上軸リニアモータで発生する熱を上軸ベースに伝わり難くすることができ、上軸ベースの熱膨張に起因する位置決め精度の劣化を低減することができる。

また、上軸ベースは、凹部又は中空部を有していることとしてもよい。この構成によれば、例えばトップテーブルに他の駆動機構を搭載する場合においても、当該駆動機構を上軸ベースの凹部又は中空部に納めるように上軸ベース側に張り出して設置することができるので、上記他の駆動機構が上軸ベースとは反対側に張り出す量を小さくすることができる。その結果、ステージ装置の一層の低姿勢・低重心化を図ることができる。

また、上軸ガイドレールは、上軸ベースの凹部又は中空部以外の位置に設けられていることとしてもよい。この構成により、例えばトップテーブルに他の駆動機構を搭載する場合において、当該駆動機構を上軸ベースの凹部又は中空部に納めるように上軸ベース側に張り出して設置することが容易になり、上軸ベースの凹部又は中空部の空間を有効利用することができる。

また、本発明のステージ装置は、トップテーブルの移動により生じる反力を処理する第１の反力処理ユニットを備えることとしてもよい。この構成により、トップテーブルの移動によって生じる反力が処理され、装置の振動を低減することができる。

また、本発明のステージ装置は、上軸ベースの移動により生じる反力を処理する第２の反力処理ユニットを備えることとしてもよい。この構成により、上軸ベースの移動によって生じる反力が処理され、装置の振動を低減することができる。

また、本発明の半導体検査装置は、上記何れかのステージ装置を備えたことを特徴とする。この半導体検査装置は、上記何れかのステージ装置を備えることにより、ステージ装置の低姿勢・低重心化により、高速で駆動しても振動が発生しにくいので、処理の高速化を図り、高いスループットを実現することができる。

本発明によれば、低姿勢・低重心を実現することができるステージ装置、及びこれを備える半導体検査装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るステージ装置及び半導体検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面に示すように、Ｘ軸及びＹ軸は水平面上で互いに９０度をなし、鉛直方向をＺ軸方向と定め、以下必要な場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いる。

図１に示すように、半導体検査装置１０１は、ステージ装置１と、当該ステージ装置１の上方に設置されたカメラユニット１０２と、を備えている。ステージ装置１は、トップテーブル７上に載置される半導体ウェハのＸＹ平面内の位置決めを行うスタック型のＸＹステージであり、カメラユニット１０２は、ステージ装置１で位置決めされた半導体ウェハを上方から撮像する。半導体検査装置１０１では、カメラユニット１０２で得られた撮像データに基づいて、半導体ウェハの欠陥検出等の検査が行われる。

図１〜図４に示すように、ステージ装置１は、ベースとなる架台２と、架台２上に配置された正方形板状の定盤（下軸ベース）３と、定盤３の上に積み重ねられ当該定盤３に沿ってＹ軸方向に移動するＹ軸ステージ（上軸ベース）４と、Ｙ軸ステージ４の駆動部として機能するシャフト型モータであるＹ軸シャフトモータ（下軸リニアモータ）５と、Ｙ軸ステージ４の上に積み重ねられ当該Ｙ軸ステージ４上をＸ軸方向に移動するＸ軸ステージ（トップテーブル）７と、Ｘ軸ステージ７の駆動部として機能するシャフト型モータであるＸ軸シャフトモータ（上軸リニアモータ）６と、を備えている。

架台２は、工場の床面などに立脚する４本の足部２ａを有している。足部２ａの間には、Ｘ軸方向に延在する第１の梁部材２ｂと、Ｙ軸方向に延在する第２の梁部材２ｃと、が２本ずつ掛け渡されている。第１の梁部材２ｂの間には、Ｙ軸方向に延在する第３の梁部材２ｄが設けられている。第３の梁部材２ｄは、２本の第１の梁部材２ｂの中央を結ぶ線からずれた位置に設けられている（図５参照）。

架台２の４本の足部２ａの上端には、４つの除振ユニット８がそれぞれ固定されている。除振ユニット８の上面には、定盤３が固定されている。除振ユニット８は、例えば空気バネやゴムなどの弾性材から構成されており、架台２から定盤３に伝わる振動を減衰することで取り除いている。

定盤３の中央には、Ｙ軸方向に延在する略長方形状の開口部（中空部）３ａが形成されている。開口部３ａ内には、Ｙ軸方向に延在するＹ軸マグネットシャフト５Ａが配置され、Ｙ軸マグネットシャフト５Ａの両端は、定盤３に固定された一対のＹ軸シャフト支持部１０によって支持されている。また、定盤３の上面には、Ｙ軸方向に延在するＹ軸リニアスケール１１が開口部３ａに沿うように配置されている。

Ｙ軸マグネットシャフト５Ａは、ブロック状のＹ軸コイルユニット５ＢをＹ軸方向に貫通する貫通孔に挿入されている。このＹ軸コイルユニット５Ｂ内には、Ｙ軸方向に延在する空芯コイルが配置されている。Ｙ軸コイルユニット５Ｂの貫通孔は、空芯コイルの中央の空芯部を通るように形成されており、Ｙ軸マグネットシャフト５Ａは、空芯コイルの空芯部内に通されている。Ｙ軸コイルユニット５Ｂの上面には、Ｙ軸ステージ４が固定されている。Ｙ軸マグネットシャフト５ＡとＹ軸コイルユニット５Ｂとは、Ｙ軸ステージ４の駆動部として機能するＹ軸シャフトモータ５を構成している。

定盤３の上には、Ｙ軸方向に延在する２本のＹ軸ガイドレール（下軸ガイドレール）１２Ａが開口部３ａを挟んで設けられている。Ｙ軸ステージ４の下面には、Ｙ軸ガイドレール１２Ａに沿って滑走するＹ軸スライダ部１２Ｂが２個設けられている。Ｙ軸ガイドレール１２ＡとＹ軸スライダ部１２Ｂとは、Ｙ軸ステージ４をＹ軸方向に案内するためのＹ軸ガイド部１２を構成している。

Ｙ軸ステージ４は、Ｘ軸方向に延在すると共に、断面コの字状の部材である。すなわち、Ｙ軸ステージ４の上面には、Ｘ軸方向に全幅に亘って延びる溝で構成される凹部４ｂが形成されている。Ｙ軸ステージ４の下部には、定盤３上のＹ軸リニアスケール１１と対向するようにＹ軸スケールヘッド（図示せず）が取り付けられている。Ｙ軸スケールヘッドは、Ｙ軸リニアスケール１１の目盛を光学的に検知することで、定盤３に対するＹ軸ステージ４のＹ軸方向の位置を検出している。

Ｙ軸ステージ４の一方の側面（Ｘ軸方向に延在する側面）には、Ｘ軸方向に延在するＸ軸マグネットシャフト６Ａが固定されている。Ｘ軸マグネットシャフト６Ａの両端は、Ｙ軸ステージ４の側面に固定された一対のＸ軸シャフト支持部１４によって支持されている。すなわち、このＸ軸マグネットシャフト６Ａは、Ｙ軸ステージ４とほぼ同じ高さに位置し、Ｙ軸ステージ４に対して水平方向に隣接するように配置されている。Ｘ軸コイルユニット６Ｂは、前述したＹ軸コイルユニット５Ｂと同様の構成を有している。Ｘ軸コイルユニット６ＢをＸ軸方向に貫通する貫通孔には、Ｘ軸マグネットシャフト６Ａが挿入されている。Ｘ軸コイルユニット６Ｂの上面は、Ｙ軸方向に延在する板状のＸ軸ステージ７の一端に固定されている。Ｘ軸マグネットシャフト６ＡとＸ軸コイルユニット６Ｂとは、Ｘ軸ステージ７の駆動部として機能するＸ軸シャフトモータ６を構成する。

Ｙ軸ステージ４の上面には、Ｘ軸方向に延在するＸ軸ガイドレール（上軸ガイドレール）１５Ａが２本設けられている。また、Ｘ軸ステージ７の下面には、Ｘ軸ガイドレール１５Ａに沿って滑走する２個のＸ軸スライダ部１５Ｂが設けられている。Ｘ軸ガイドレール１５ＡとＸ軸スライダ部１５Ｂとは、Ｘ軸ステージ７をＸ軸方向に案内するＸ軸ガイド部１５を構成する。すなわち、Ｙ軸ステージ４においては、Ｘ軸シャフトモータ６のＸ軸マグネットシャフト６Ａが、平面視において、２本のＸ軸ガイドレール１５Ａ，１５Ａの間ではなく、２本のＸ軸ガイドレール１５Ａ，１５Ａの外側に設置されている。

Ｙ軸ステージ４の他方の側面には、Ｘ軸方向に延在するＸ軸リニアスケール１６が設けられている。Ｙ軸方向におけるＸ軸ステージ７の他端（Ｘ軸コイルユニット６Ｂが固定された端と反対側の端）には、Ｘ軸リニアスケール１６と対向するようにＸ軸スケールヘッド１７が取り付けられている。Ｘ軸スケールヘッド１７は、Ｘ軸リニアスケール１６の目盛を光学的に検知することで、定盤３に対するＸ軸ステージ７のＸ軸方向の位置を検出している。

図１及び図６〜図８に示すように、Ｙ軸方向における定盤３の両端には、Ｘ軸ステージ７の移動によって定盤３に加えられる反力を処理するためのＸ軸ステージ用反力処理機構（第１の反力処理ユニット）２１がそれぞれ設けられている。この反力処理機構２１は、Ｙ軸マグネットシャフト５Ａの延長線上に配置されている。

反力処理機構２１は、ブロック状の支持台２２，２３を介して定盤３に固定されたマグネットシャフト２６Ａと、後述する伝達手段２７を介して架台２に連結されたブロック状のコイルユニット２６Ｂと、から構成される反力処理用シャフトモータ２６を有している。反力処理用シャフトモータ２６は、前述したＸ軸シャフトモータ６と同様の構成を有し、Ｘ軸方向に延在するマグネットシャフト２６Ａがコイルユニット２６ＢをＸ軸方向に貫通する貫通孔に挿通されている。

コイルユニット２６Ｂと架台２との間には、コイルユニット２６Ｂに加わるＸ軸方向の力を架台に伝達する伝達機構２７が設けられている。伝達機構２７は、コイルユニット２６Ｂに連結された第１の固定子連結部材２８及び第２の固定子連結部材２９と、コイルユニット２６Ｂの架台２に対する変位を吸収するための変位機構部３１と、架台２に連結された架台連結部材４０と、から構成されている。

第１の固定子連結部材２８は、Ｙ軸方向で定盤３に向かって開放されたコの字状の部材であり、コイルユニット２６Ｂの下面に固定されている。第１の固定子連結部材２８と定盤３との間には、定盤３に沿ってコイルユニット２６ＢをＸ軸方向に案内する第１のガイド部３０が設けられている。第１のガイド部３０は、定盤３に固定された第１のガイドレール３０Ａと、第１の固定子連結部材２８に固定された第１のスライダ部３０Ｂと、から構成されている。第１のガイドレール３０Ａは、Ｘ軸方向に延在し、第１のスライダ部３０Ｂは、第１のガイドレール３０Ａに沿ってＸ軸方向に滑動する。

第１の固定子連結部材２８の下端には、Ｌ字板状の第２の固定子連結部材２９が固定されている。第１の固定子連結部材２８と第２の固定子連結部材２９とは、はね状の補強板で補強されている。第２の固定子連結部材２９の下端には、架台２に対するコイルユニット２６Ｂの変位を吸収するための変位機構部３１が連結されている。変位機構部３１と架台２との間には、変位機構部３１と架台２とを連結する断面Ｌ字状の架台連結部材４０が設けられている。

変位機構部３１は、コイルユニット２６ＢのＺ軸方向の変位を吸収する第２のガイド部３２と、コイルユニット２６Ｂの回転変位を吸収する回転機構部３３と、コイルユニット２６ＢのＹ軸方向の変位を吸収する第３のガイド部３４と、から構成されている。更に、回転機構部３３は、ブロック状の第１の伝達部材３５及び第２の伝達部材３６と、第１の伝達部材３５と第２の伝達部材３６との間に配置された球体３７と、第１の伝達部材３５と第２の伝達部材３６との間隔に向けて抑えるための４本の抑え用ボルト３８と、から構成されている。

第２のガイド部３２は、第１のガイド部３０と同様の構成を有しており、第２の固定子連結部材２９に固定された第２のガイドレール３２Ａと、第１の伝達部材３５に固定された第２のスライダ部３２Ｂとを有している。第２のガイドレール３２Ａは、Ｚ軸方向に延在し、第２のスライダ部３２Ｂは、第２のガイドレール３２Ａに沿ってＺ軸方向に滑動する。

第１の伝達部材３５及び第２の伝達部材３６は、Ｘ軸方向に対向して配置されている。第１の伝達部材３５の内面（第２の伝達部材３６と対向する面）には、略円錐状の凹部３５ａが形成されている。同様に、第２の伝達部材３６の内面（第１の伝達部材３５と対向する面）には、略円錐状の凹部３６ａが形成されている。球体３７は、Ｘ軸方向において両端が凹部３５ａ，３６ａに入り込み、その状態で第１の伝達部材３５と第２の伝達部材３６との間に空隙を形成している。球体３７と凹部３５ａ，３６ａとは、第１の伝達部材３５及び第２の伝達部材３６を回転自在に連結する自在継手３９を構成する。

抑え用ボルト３８は、第２の伝達部材３６の四隅に形成された貫通孔３６ｂにそれぞれ挿通されている。これらの貫通孔３６ｂの直径は、挿通される抑え用ボルト３８の直径よりも大きく形成されている。また、抑え用ボルト３８の先端部には、ネジ溝が形成されており、第１の伝達部材３５に形成された雌ねじ部３５ｂと螺合している。抑え用ボルト３８の頭部は、第２の伝達部材３６の対向面と反対の面から突出しており、抑え用ボルト３８の頭部と第２の伝達部材３６との間には、第２の伝達部材３６を第１の伝達部材３５に向かって付勢するためのバネ部３８ａが設けられている。

このように構成された回転機構部３３では、コイルユニット２６ＢのＸ軸周りの回転変位、Ｙ軸周りの回転変位、及びＺ軸周りの回転変位が吸収される。具体的には、コイルユニット２６Ｂが架台２に対して回転変位した場合、自在継手３９における第１の伝達部材３５の回転により、コイルユニット２６Ｂの回転変位が架台２に伝達されることなく吸収される。このとき、抑え用ボルト３８の直径より第２の伝達部材３６の貫通孔３６ｂの直径は大きく形成されているため、抑え用ボルト３８は第１の伝達部材３５と一体に回転し、第１の伝達部材３５の回転を妨げない。また、抑え用ボルト３８のバネ部３８ａによって第２の伝達部材３６が第１の伝達部材３５に向かって付勢されているため、回転時における球体３７の脱落が防止される。

第３のガイド部３４は、第１のガイド部３０と同様の構成を有しており、架台連結部材４０に固定された第３のガイドレール３２Ａと、第２の伝達部材３６に固定された第３のスライダ部３４Ｂと、を有している。第３のガイドレール３４Ａは、Ｙ軸方向に延在し、第３のスライダ部３４Ｂは、第３のガイドレール３４Ａに沿ってＹ軸方向に滑動する。

この変位機構部３１では、コイルユニット２６Ｂが架台に対してＺ軸方向に変位すると、第２のガイド部３２における第２のスライダ部３２ＢがＺ軸方向に滑動することで、コイルユニット２６Ｂの変位を吸収する。また、コイルユニット２６Ｂが架台に対してＹ軸方向に変位すると、第３のガイド部３４における第３のスライダ部３４ＢがＹ軸方向に滑動することで、コイルユニット２６Ｂの変位を吸収する。そして、コイルユニット２６Ｂが架台２に対して回転変位すると、第１の伝達部材３５が第２の伝達部材３６に対して回転することで、コイルユニット２６Ｂの回転変位を吸収する。このようにして、変位機構部３１では、Ｘ軸方向以外の方向におけるコイルユニット２６Ｂの変位を吸収する。その一方、この変位機構部３１では、コイルユニット２６ＢがＸ軸方向に変位すると、第２のガイド部３２と第１の伝達部材３５と球体３７と第２の伝達部材３６と第３のガイド部３４とを介して、コイルユニット２６Ｂの変位すなわち力が架台２に伝わる。

以上の構成を有する反力処理機構２１では、Ｘ軸ステージ７の移動によって定盤３に加えられる反力を処理するにあたり、反力処理用シャフトモータ２６においてコイルユニット２６Ｂに対してマグネットシャフト２６Ａを駆動させることで、伝達機構２７を介してコイルユニット２６Ｂに連結された架台２に対してマグネットシャフト２６Ａに固定された定盤３をＸ軸方向に変位させる力を発生させ、これによって定盤３に加えられた反力を打ち消すことができる。

また、コイルユニット２６Ｂは第１のガイド部３０を介して定盤３とも連結されているため、架台２と定盤３との間に相対変位が生じた場合であっても、コイルユニット２６Ｂと定盤３すなわちコイルユニット２６Ｂとマグネットシャフト２６Ａとの間に相対変位が生じることを抑制することができる。具体的には、Ｘ軸方向以外の方向におけるコイルユニット２６Ｂの変位は、変位機構部３１によって吸収され、架台２に伝達されない。その結果、コイルユニット２６Ｂは、シャフトモータ２６の可動方向であるＸ軸方向以外の方向において、定盤３すなわちマグネットシャフト２６Ａと一体に変位するので、コイルユニット２６Ｂとマグネットシャフト２６Ａとの間に相対変位が生じることを防止することができ、コイルユニット２６Ｂとマグネットシャフト２６Ａとの接触防止が図られる。従って、この反力処理機構２１では、コイルユニット２６Ｂとマグネットシャフト２６Ａとの間隔を大きくすることなく、コイルユニット２６Ｂとマグネットシャフト２６Ａとの接触を防止することが可能となるので、反力処理機構２１の小型化すなわちステージ装置１の小型化が図られる。

また、反力処理機構２１では、コイルユニット２６ＢがＸ軸方向以外の方向においてマグネットシャフト２６Ａと一体に変位することで、例えばシャフトモータなどの可動子の移動方向以外の方向に可動子と固定子とが相対変位すると接触するモータを反力処理用リニアモータとして採用することを可能にするため、反力処理用リニアモータの小型化すなわちステージ装置１の小型化に有利である。

更に、反力処理機構２１では、第１の伝達部材３５及び第２の伝達部材３６の内面に、略円錐状の凹部３５ａ，３６ａを形成している。これらの凹部３５ａ，３６ａと球体３７とから自在継手３９を構成することで、回転機構部３３の簡素化すなわち反力処理機構２１の簡素化が図られる。

また、変位機構部３１において、Ｘ軸方向以外の方向における架台２とコイルユニット２６Ｂとの相対変位を吸収するため、架台２が設置された床面の振動などが、コイルユニット２６Ｂに伝達することを抑制することができる。その結果、除振ユニット８によって架台２からの振動が除かれた定盤３及びマグネットシャフト２６Ａとコイルユニット２６Ｂとの間に相対変位が生じることを抑制することができるので、シャフトモータ２６の損傷防止が図られ、これによって反力処理機構２１の耐久性の向上が図られる。

図４及び図５に示すように、定盤３の下面には、Ｙ軸ステージ４の移動によって定盤３に加えられる反力を処理するためのＹ軸ステージ用反力処理機構（第２の反力処理ユニット）４１が設けられている。

反力処理機構４１は、ブロック状の支持台４２を介して定盤３に固定されたマグネットシャフト４３Ａと、伝達手段４４を介して架台２に連結されたブロック状のコイルユニット４３Ｂと、から構成される反力処理用シャフトモータ４３を有している。

反力処理用シャフトモータ４３は、前述した反力処理用シャフトモータ２６と同様の構成を有し、Ｙ軸方向に延在するマグネットシャフト４３Ａがコイルユニット４３ＢをＹ軸方向に貫通する貫通孔に挿通されている。

コイルユニット４３Ｂと架台２の第３の梁部材２ｄとの間には、コイルユニット４３Ｂに加わるＹ軸方向の力を架台に伝達する伝達機構４４が設けられている。伝達機構４４は、コイルユニット４３Ｂに連結される固定子連結部材と、前述した変位機構部３１と同様の構成を有する変位機構部と、架台２に連結される架台連結部材と、から構成されている。また、伝達機構４４と定盤３の下面との間には、コイルユニット４３ＢをＹ軸方向に案内する第４のガイド部４５が設けられている。

以上のように構成された反力処理機構４１では、前述した反力処理機構２１と同様の効果が得られる。また、反力処理機構４１を定盤３の下面に設ける構成とすることで、定盤３の側方などに設ける場合と比べて、ステージ装置１の小型化が図られる。

続いて、ステージ装置１及び半導体検査装置１０１の上述した構成に基づく作用効果について説明する。

このステージ装置１では、Ｙ軸ステージ４を駆動するためのＹ軸シャフトモータ５が、定盤３の開口部３ａに埋め込まれるように設置され、定盤３の上面から見て低い位置に配置されている。従って、定盤３の上面に直接Ｙ軸シャフトモータ５を設置する場合に比較して、Ｙ軸ステージ４と定盤３との間隔を詰めることができる。なお、定盤３の上面よりも低い位置にＹ軸シャフトモータ５を設置できればよいので、定盤３の中央には、図９に示すように、開口部３ａに代えて定盤３の上面から掘り下げられた凹部３ｂを設けたとしても、開口部３ａの場合と同様の作用効果を得ることができる。

また、Ｘ軸ステージ７を駆動するためのＸ軸シャフトモータ６が、Ｙ軸ステージ４の側面（Ｘ方向に延在する側面）に沿って設けられていることから、Ｙ軸ステージ４の上端面から見て比較的低い位置に配置されることになる。従って、Ｙ軸ステージ４とトップテーブル７との間にＸ軸シャフトモータ６を設置する場合に比較して、トップテーブル７とＹ軸ステージ４との間隔を詰めることができる。

更に、ここで、Ｘ軸ステージ７上に他軸の駆動機構を追加で搭載する場合を考える。なお、この他軸の駆動機構としては、例えば、半導体ウェハをＺ方向に移動させるＺ軸駆動機構や、半導体ウェハをＺ軸周りに回転させるθ軸駆動機構等が考えられる。ステージ装置１においては、図４に示されるように、Ｙ軸ステージ４は上側中央に凹部４ｂを有する断面コ字状をなしており、しかも、Ｘ軸ガイドレール１５Ａは中央の凹部４ｂを避けて両端に設けられている。従って、他軸の駆動機構１０３をＸ軸ステージ７上に追加する場合には、図１０に示すように、当該他軸の駆動機構１０３の下部を凹部４ｂに納め、Ｘ軸ステージ７から下方に張り出すように他軸の駆動機構１０３を設置することができる。よって、凹部４ｂのスペースが有効利用され、他軸の駆動機構１０３のうち、Ｘ軸ステージ７から上方に張り出す部分の高さを低くすることができる。なお、Ｙ軸ステージ４の中央には、図１１に示すように、凹部４ｂに代えて、上下方向に貫通する開口部（中空部）４ａを設けたとしても、凹部４ｂの場合と同様の作用効果を得ることができる。

以上の通り、ステージ装置１の構成によれば、上下に積み重ねられる定盤３、Ｙ軸ステージ４、及びＸ軸ステージ７のそれぞれの間隔を詰めることが可能であるので、Ｘ軸ステージ７の高さ位置を低くし、ステージ装置１の全体の高さを低くすることができる。また、他軸の駆動機構１０３を追加で搭載する場合にも、ステージ装置１の高さの増加が抑えられる。従って、このステージ装置１によれば、低姿勢・低重心化を図ることができ、その結果、アッベ誤差による位置決め精度低下やピッチングも抑制され、高速で駆動する場合にも振動を低減することができる。また、このステージ装置１は、スタック型のステージ装置であるので、石材あるいはセラミックス材を用いるサーフェス型ステージに比べて、製造も容易である。

また、ステージ装置１では、Ｙ軸シャフトモータ５が定盤３の上面から見て比較的低い位置に配置されている。従って、定盤３の下面に取り付けられた反力処理用シャフトモータ４３のマグネットシャフト４３Ａと、Ｙ軸シャフトモータ５のマグネットシャフト５Ａとが近づくことになる。その結果、Ｙ軸ステージ用反力処理機構４１の反力処理により発生してしまうモーメントが小さくなり、反力処理によるステージ装置１の振動抑制の効果が高くなる。

また、ステージ装置１では、シャフト型のリニアモータであるＹ軸シャフトモータ５が採用されている。シャフト型モータは、コア付きリニアモータやコアレスリニアモータといった他のタイプのリニアモータに比べてシャフトが軽量であり、また、シャフトは剛性が高い円柱形状であるので、両端のみ支持された場合にも撓みが小さい。従って、Ｙ軸マグネットシャフト５Ａを、両端支持といったシンプルな支持構造で固定することができ、開口部３ａに納めることができる。また、Ｙ軸シャフトモータ５を採用することにより、ボールネジを用いるタイプの駆動機構に比べて、高速の駆動が可能となる。

同様に、Ｘ軸シャフトモータ６も、シャフト型のリニアモータであるので、Ｘ軸マグネットシャフト６Ａを、Ｙ軸ステージ４の側面に沿って一対のシャフト支持部１４により、シンプルな両端支持構造で容易に固定することができる。また、Ｘ軸シャフトモータ６による高速駆動も実現可能である。また、この両端支持の構造によれば、Ｘ軸マグネットシャフト６ＡをＹ軸ステージ４から離して側部に設置することができるので、駆動によりＸ軸シャフトモータ６で発生する熱は、シャフト支持部１４経由でのみＹ軸ステージ４に伝わる。このように、Ｘ軸シャフトモータ６で発生する熱を、Ｙ軸ステージ４に伝わり難くすることができ、Ｙ軸ステージ４の熱膨張に起因する位置決め精度の劣化を低減することができる。

また、２つのＹ軸ガイドレール１２Ａは、Ｙ軸シャフトモータ５を挟んで両側に配置されるので、Ｙ軸シャフトモータ５で駆動されるＹ軸ステージ４のヨーイングが低減され、Ｙ軸ステージ４の安定した駆動が可能になる。

また、ステージ装置１は、Ｘ軸ステージ７の移動により生じる反力がＸ軸ステージ用反力処理機構２１により打ち消され、更に、Ｙ軸ステージ４の移動により生じる反力がＹ軸ステージ用反力処理機構４１により打ち消される。従って、ステージ装置１の駆動時の振動を更に低減することができる。

また、半導体検査装置１０１は、検査対象の半導体ウェハの位置決め装置として、ステージ装置１を用いているので、前述の通り、ステージ装置１の低姿勢・低重心化が達成され、高速で駆動しても振動が発生しにくい。その結果、半導体検査装置１０１では、処理の高速化を図ることができ、高いスループットを実現することができる。

本発明に係るステージ装置を示す斜視図である。 図１のステージ装置を示す平面図である。 図１のステージ装置を示す側面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図１に示す反力処理機構の側面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図６に示す伝達機構の斜視図である。 図１のステージ装置の定盤の他の例を示す断面図であり、ＺＸ平面に平行な断面における断面図である。 図１のＸ軸ステージに他軸の駆動機構を追加した場合の構造を示す断面図であり、ＹＺ平面に平行な断面における断面図である。 図１のＹ軸ステージの他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１…ステージ装置、３…定盤（下軸ベース）、３ａ…開口部（下軸ベースの中空部）、３ｂ…凹部（下軸ベースの凹部）、４…Ｙ軸ステージ（上軸ベース）、４ａ…開口部（上軸ベースの中空部）、４ｂ…凹部（上軸ベースの凹部）、５…Ｙ軸シャフトモータ（下軸リニアモータ）、５Ａ…Ｙ軸マグネットシャフト（下軸リニアモータのシャフト）、６…Ｘ軸シャフトモータ（上軸リニアモータ）、６Ａ…Ｘ軸マグネットシャフト（上軸リニアモータのシャフト）、７…Ｘ軸ステージ（トップテーブル）、１２Ａ…Ｙ軸ガイドレール（下軸ガイドレール）、１４…Ｘ軸シャフト支持部（上軸ベースのシャフト支持部）、１５Ａ…Ｘ軸ガイドレール（上軸ガイドレール）、２１…Ｘ軸ステージ用反力処理機構（第１の反力処理ユニット）、４１…Ｙ軸ステージ用反力処理機構（第２の反力処理ユニット）、１０１…半導体検査装置。

Claims (10)

1. 下軸ベースと、
   該下軸ベースに設けられる下軸リニアモータと、
   該下軸リニアモータと平行に前記下軸ベースに設けられる下軸ガイドレールと、
   該下軸ガイドレールに案内されながら前記下軸リニアモータの駆動により前記下軸ベースに対して可動である上軸ベースと、
   該上軸ベースの側部に設けられる上軸リニアモータと、
   該上軸リニアモータと平行に前記上軸ベースに設けられる上軸ガイドレールと、
   該上軸ガイドレールに案内されながら前記上軸リニアモータの駆動により前記上軸ベースに対して可動に設けられたトップテーブルと、
   を備えることを特徴とするステージ装置。
2. 前記下軸ベースは、凹部又は中空部を有しており、
   前記下軸リニアモータは、前記凹部又は中空部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記上軸リニアモータと前記下軸リニアモータとが、シャフト型モータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
4. 前記下軸ガイドレールは２つであり、前記下軸リニアモータを挟んで両側に配置されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のステージ装置。
5. 前記上軸リニアモータはシャフト型モータであり、
   前記上軸リニアモータのシャフトは、前記上軸ベースの側部の両端に設けられたシャフト支持部により両端支持されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のステージ装置。
6. 前記上軸ベースは、凹部又は中空部を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のステージ装置。
7. 前記上軸ガイドレールは、
   前記上軸ベースの凹部又は中空部以外の位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のステージ装置。
8. 前記トップテーブルの移動により生じる反力を処理する第１の反力処理ユニットを備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のステージ装置。
9. 前記上軸ベースの移動により生じる反力を処理する第２の反力処理ユニットを備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のステージ装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載のステージ装置を備えたことを特徴とする半導体検査装置。

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