JP2010110870A

JP2010110870A - ステージ装置及びプローバ装置

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Publication number: JP2010110870A
Application number: JP2008286612A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Nakamori; 靖仁中森; Shunichi Kawachi; 俊一川地
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: TWI406733B; TW201036752A; KR101133929B1; KR20100051540A; JP5289898B2

Abstract

【課題】テーブル部の高さ位置を低くする。
【解決手段】ステージ装置１では、第１ガイドレール１４を上るように支持スライダ１３をボールねじ２１で移動させると、Ｚ軸テーブル部１２が支持スライダ１３で支持されていることから、かかる移動に伴ってＺ軸テーブル部１２が上昇する。このとき、支持スライダ１３が第２ガイドレール１８を下るようにＺ軸テーブル部１２に対して移動するため、Ｚ軸テーブル部１２にあっては、支持スライダ１３によるくさび作用で押し上げられるように上昇する。つまり、支持スライダ１３を移動させることで、第１及び第２ガイドレール１４，１８が互いに協働しＺ軸テーブル部１２が重畳的に鉛直方向に移動する。よって、例えばガイドレール１４，１８の傾斜角度θ１，θ２を小さくして扁平構造としても、Ｚ軸テーブル部１２の鉛直方向の移動量を充分に確保することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、テーブル部を鉛直方向に移動させるためのステージ装置、及びこれを備えたプローバ装置に関する。

従来のステージ装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このステージ装置では、くさびにおいて水平面に対して傾斜する傾斜面に沿ってＺ移動ステージ（テーブル部）を移動させ、Ｚ移動ステージを鉛直方向に移動させることが図られている。
特開平９−８６８８８号公報

ここで、上述したようなステージ装置においては、さらなる低背化が要求されており、よって、テーブル部の高さ位置を低くすることが強く望まれている。

そこで、本発明は、テーブル部の高さ位置を低くすることができるステージ装置及びプローバ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るステージ装置は、ベースに対し鉛直方向に移動可能なテーブル部と、ベースに設けられ、水平面に対して傾斜して延在する第１傾斜部と、テーブル部に設けられ、水平面に対して第１傾斜部と反対側に傾斜して延在する第２傾斜部と、第２傾斜部を介してテーブル部を支持すると共に、第１及び第２傾斜部に沿って移動可能な支持部と、第１傾斜部に沿って支持部が移動するように当該支持部を駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とする。

このステージ装置では、例えば、第１傾斜部を上るように支持部を移動させると、テーブル部が支持部で支持されていることから、かかる移動に伴ってテーブル部が上昇する。このとき、支持部が第２ガイド部を下るようにテーブル部に対して移動するため、テーブル部にあっては、支持部によるくさび作用で押し上げられてさらに上昇する。つまり、支持部を移動させることで、第１及び第２傾斜部が互いに協働してテーブル部が重畳的に鉛直方向に移動することとなる。従って、例えば第１又は第２傾斜部の傾斜角度を小さくしてステージ装置を扁平構造としても、テーブル部の鉛直方向の移動量（ストローク）を充分に確保することができ、その結果、テーブル部の高さ位置を低くすることが可能となる。

ここで、駆動部は、支持部に対し第１傾斜部に沿う方向の推力を与えることが好ましい。これにより、支持部を第１傾斜部に沿って簡易に移動させることが可能となる。

また、駆動部は、支持部の鉛直方向の移動を許容するガイドを介して、支持部に第１傾斜部に沿う方向以外の方向の推力を与えることが好ましい。この場合、駆動部で支持部に与える推力の方向によらず、当該支持部を第１傾斜部に沿って好適に移動させることが可能となる。

また、第１傾斜部の上端の高さ位置は、少なくともテーブル部が下死点に位置するとき、第２傾斜部の下端の高さ位置よりも高いことが好ましい。この場合、ステージ装置が一層扁平構造となり、テーブル部の高さ位置を一層低くすることが可能となる。

また、第１傾斜部の傾斜角度と第２傾斜部の傾斜角度とは、その絶対値が互いに等しいことが好ましい。この場合、構造上の平衡性が良好なものとなる。

また、テーブル部は、水平方向に移動する水平テーブル部上に配設されていることが好ましい。通常、テーブル部の水平方向の位置決めは、水平テーブル部の位置を検出することで行われることから、位置決め点と位置検出点とが離れるため、かかる位置決めに誤差（いわゆる、アッベ誤差）が含まれるおそれがある。そして、このアッベ誤差は、テーブル部の位置が高いほど顕著になってしまう。よって、上記のようにテーブル部が水平方向に移動する水平テーブル部上に配設されている場合、テーブル部の高さ位置を低くするという上記効果は、アッベ誤差を抑制する点においても特に有効である。

また、本発明に係るプローバ装置は、上記ステージ装置を備えたことを特徴とする。このプローバ装置においても、上記作用効果と同様な効果、すなわち、テーブル部の高さ位置を低くするという作用効果が奏される。

本発明によれば、テーブル部の高さ位置を低くすることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、「上」「下」等の語は、鉛直方向における上方、下方に対応するものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るステージ装置を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態のステージ装置１は、例えば半導体、液晶、磁気・光記憶装置等の検査用又は製造用装置として用いられるものである。図１に示すように、ステージ装置１は、いわゆるＸＹＺθステージであり、Ｘ軸機構２、Ｙ軸機構３、Ｚ軸機構１０及びθ軸機構４を備えている。

Ｘ軸機構２は、定盤５上に配設され、水平方向の一方向であるＸ軸方向にＸ軸テーブル部６を移動する。Ｙ軸機構３は、Ｘ軸テーブル部６上に配設され、上記一方向に直交する水平方向であるＹ軸方向にＹ軸テーブル部（水平テーブル部）７を移動する。Ｚ軸機構１０は、Ｙ軸テーブル部７上に配設され、鉛直方向であるＺ軸方向にＺ軸テーブル部（テーブル部）１２を移動する。θ軸機構４は、Ｚ軸テーブル部１２上に配設され、Ｚ軸回り回転方向であるθ軸方向にθ軸テーブル部８を移動する。また、ステージ装置１は、Ｙ軸テーブル部７のＹ軸方向の位置を検出するスケール（不図示）を備えている。

図２は図１のステージ装置におけるＺ軸機構を示す斜視図、図３は図２のIII−III線に沿っての断面図、図４は図２のIV−IV線に沿っての断面図である。なお、図２〜４においては、便宜上、後述のハウジングの一部を省略して示している。

図２に示すように、Ｚ軸機構１０は、ハウジング１１（ベース：図１参照）、Ｚ軸テーブル部１２、及び支持スライダ（支持部）１３を備えており、ハウジング１１に対してＺ軸テーブル部１２をＺ軸方向に移動させるものである。

ハウジング１１は、図１に示すように、Ｙ軸テーブル部７（図１参照）に設けられ固定されている。このハウジング１１には、図３に示すように、レール形状を呈する第１ガイドレール（第１傾斜部）１４が設けられている。第１ガイドレール１４は、ハウジング１１に対する支持スライダ１３の移動をガイドする第１ガイド部であり、水平面（ここでは、Ｘ軸方向）に対して第１傾斜角度θ１で傾斜する方向に延在している。

図２に戻り、ハウジング１１には、Ｚ軸テーブル部１２のＺ軸方向の移動をガイドする（Ｘ，Ｙ軸方向の移動を規制する）ためのＺ軸ガイド１５の固定部を構成する固定レール１５ａが、Ｚ軸方向に延在するよう設けられている。

Ｚ軸テーブル部１２は、本体１６と支持台１７とを有している。本体１６は、その外形が略直方体状とされており、第１ガイドレール１４上に配置されている。また、本体１６の側面が交差してなる角部には、Ｚ軸ガイド１５の可定部を構成するものとして、ハウジング１１の固定レール１５ａに摺動可能に係合する可動レール１５ｂが、Ｚ軸方向に延在するよう設けられている。これにより、本体１６は、第１ガイドレール１４上にてＺ軸ガイド１５に沿って移動可能に構成される。

この本体１６の下面には、図２，４に示すように、レール形状を呈する一対の第２ガイドレール（第２傾斜部）１８，１８が設けられている。これらの第２ガイドレール１８，１８は、本体１６に対する支持スライダ１３の移動をガイドする第２ガイド部であり、互いに平行で、且つ水平面（ここでは、Ｘ軸方向）に対して第２傾斜角度θ２で傾斜する方向に延在している。この第２ガイドレール１８の延在方向における長さは、第１ガイドレール１４の延在方向における長さと等しく設定されている。

この第２傾斜角度θ２は、Ｘ軸方向に対して第１傾斜角度θ１と反対側に傾斜するものである。つまり、第２ガイドレール１８は、Ｘ軸方向に対して第１ガイドレール１４と反対側に傾斜して延在している。ここでは、第１及び２傾斜角度θ１，θ２の絶対値は、互いに等しくされている。すなわち、下式（１）を満たすものとされている。
θ１＝−θ２ …（１）

また、第２ガイドレール１８は、上方視においてハウジング１１の第１ガイドレール１４と平行とされている。この第２ガイドレール１８は、図５（ａ）に示すように、Ｚ軸テーブル部１２が下死点（Ｚ軸方向の移動範囲において下限位置）に位置するとき、Ｙ軸方視において第１ガイドレール１４と交差するように構成されている。つまり、Ｚ軸テーブル部１２が下死点に位置するとき、第１ガイドレール１４の上端１４ａの高さ位置が、第２ガイドレール１８の下端１８ｂ高さ位置よりも高くなっている。ここでは、Ｚ軸テーブル部１２が下死点に位置するとき、第１及び第２ガイドレール１４，１８における上端１４ａ，１８ａ及び下端１４ｂ，１８ｂの高さ位置が互いに等しくなっている。

また、図３，４に示すように、本体１６の下面において第２ガイドレール１８，１８間には、第１ガイドレール１４に沿って移動する支持スライダ１３との接触を回避するための溝１９が形成されている。

支持台１７は、θ軸機構４のθ軸テーブル部８（図１参照）を取り付け支持するものである。この支持台１７は、その外形が略円柱状とされ、本体１６の上面に設けられている。

支持スライダ１３は、その下方側に設けられた第１ガイド片１３ａと、その側方側に設けられた一対の第２ガイド片１３ｂ，１３ｂと、を有している。第１ガイド片１３ａは、ハウジング１１の第１ガイドレール１４と摺動可能に係合している。第２ガイド片１３ｂ，１３ｂは、Ｚ軸テーブル部１２の第２ガイドレール１８，１８のそれぞれと摺動可能に係合すると共に、第２ガイドレール１８，１８を介してＺ軸テーブル部１２をＺ軸方向に支持する。これにより、支持スライダ１３は、第１ガイドレール１４に沿って移動可能にされると共に、かかる移動に伴って、Ｚ軸テーブル部１２に対し第２ガイドレール１８に沿って移動可能にされている。つまり、支持スライダ１３は、ガイドレール１４，１８に沿って移動可能に構成されている。

この支持スライダ１３には、図３に示すように、モータ２０で回転駆動されるボールねじ（駆動部）２１が取り付けられている。このボールねじ２１は、支持スライダ１３に螺合すると共に、第１ガイドレール１４と平行に延在する。また、ボールねじ２１は、ステー２２を介してハウジング１１に固定されている。これにより、モータ２０でボールねじ２１を回転させることで、支持スライダ１３に対し第１ガイドレール１４に沿う方向の推力が与えられ、支持スライダ１３が第１ガイドレール１４に沿って移動する。

次に、上述したＺ軸機構１０の動作について、図５を参照しつつ説明する。なお、なお、図５においては、便宜上、ハウジング１１の一部を省略して示している。

以上のように構成されたＺ軸機構１０では、Ｚ軸テーブル部１２を上昇（ハウジング１１に対し）させる場合、次の動作が実行される。すなわち、図５（ａ）に示すように、例えばＺ軸テーブル部１２が下死点に位置する状態において、モータ２０でボールねじ２１が一方向に回転される。これにより、図５（ｂ）に示すように、支持スライダ１３が第１ガイドレール１４を上るように移動し、かかる移動に伴ってＺ軸テーブル部１２がＺ軸ガイド１５に沿って上昇する。

このとき、支持スライダ１３が、Ｚ軸テーブル部１２の第２ガイドレール１８を下るように移動する。よって、Ｚ軸テーブル部１２にあっては、支持スライダ１３によるくさび作用でＺ軸方向に押し上げられ、さらに上昇する。

そして、モータ２０でボールねじ２１が引き続き一方向に回転されると、図５（ｃ）に示すように、支持スライダ１３が第１ガイドレール１４を上るように移動し、Ｚ軸テーブル部１２が引き続き上昇する。これと共に、支持スライダ１３が第２ガイドレール１８を下るように移動し、Ｚ軸テーブル部１２が支持スライダ１３でＺ軸方向に押し上げられ、さらに引き続き上昇する。

一方、Ｚ軸テーブル部１２を下降（ハウジング１１に対し）させる場合、次の動作が実行される。すなわち、モータ２０でボールねじ２１が他方向に回転されることにより、支持スライダ１３が第１ガイドレール１４を下るように移動し、Ｚ軸テーブル部１２がＺ軸ガイド１５に沿って下降する。

このとき、支持スライダ１３が第２ガイドレール１８を上るようにＺ軸テーブル部１２対して移動することから、支持スライダ１３によるくさび作用が減少し、Ｚ軸テーブル部１２がさらに下降する。

すなわち、Ｚ軸機構１０では、支持スライダ１３を移動させることで、第１及び第２ガイドレール１４，１８が互いに協働されて、Ｚ軸テーブル部１２が重畳的に上昇又は下降することとなる。

従って、本実施形態によれば、例えば第１又は第２ガイドレール１４，１８の第１又は第２傾斜角度θ１，θ２を小さくして扁平構造としても、Ｚ軸テーブル部１２における充分なＺ軸方向の移動量を確保することができる。その結果、Ｚ軸テーブル部１２の高さ位置を低くすること（低背化）が可能となり、特に下死点でのＺ軸テーブル部１２の高さ位置が低いものとなる。よって、例えばＺ軸テーブル部１２の高さ位置が同じ従来のステージ装置に比べ、Ｚ軸方向の移動量を大きくすることができる。

また、第１及び第２ガイドレール１４，１８の長さを短くした場合でも、Ｚ軸テーブル部１２のＺ軸方向の移動量を充分に確保できることから、水平方向の寸法も小さくすることができる。よって、例えば同じ長さのガイドレールを有する従来のステージ装置に比べ、Ｚ軸方向の移動量を大きくすることができる。

また、本実施形態では、上述したように、ボールねじ２１が第１ガイドレール１４に沿う方向の推力を支持スライダ１３に与えている。よって、支持スライダ１３のＺ軸方向の移動が許容されるように、ボールねじ２１を支持スライダ１３に可動に取り付ける必要性が少なくなる。その結果、ステージ装置１の構造を簡易化することが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、少なくともＺ軸テーブル部１２が下死点に位置するとき、第１ガイドレール１４の上端１４ａの高さ位置が、第２ガイドレール１８の下端１８ｂの高さ位置よりも高くなっている。よって、Ｚ軸機構１０を一層扁平構造にし、Ｚ軸テーブル部１２の高さ位置を一層低くすることが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、第１及び第２傾斜角度θ１，θ２の絶対値が互いに等しいことから、ステージ装置１の構造上の平衡性（バランス）が良好となり、安定化を図ることができる。さらに、このように、第１及び第２傾斜角度θ１，θ２の絶対値が互いに等しいと、Ｚ軸テーブル部１２が下死点に位置するとき、第１及び第２ガイドレール１４，１８における上端１４ａ，１８ａ及び下端１４ｂ，１８ｂの高さ位置を、互いに等しくできる（図５（ａ）参照）。よって、Ｚ軸機構１０を一層扁平構造にし、Ｚ軸テーブル部１２の高さ位置をより一層低くすることが可能となる。

ここで、本実施形態においては、上述したように、Ｚ軸テーブル部１２がＹ軸テーブル部７上に配設され、θ軸テーブル部８のＹ軸方向の位置決めが、Ｙ軸テーブル部７の位置をスケールで検出することで行われる。このように、位置決め点と位置検出点とが離れていると、場合によっては、かかる位置決めに誤差（いわゆる、アッベ誤差）が含まれてしまう。そして、このアッベ誤差は、Ｚ軸テーブル部１２の高さ位置が高いほど、位置決め点と位置検出点とが離れるために顕著になる。この点、本実施形態では、Ｚ軸テーブル部１２の高さ位置を低くするという上記効果が奏されるため、アッベ誤差を抑制することも可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第１及び第２ガイド部をガイドレール１４，１８としたが、以下に説明するように、傾斜面であるスロープ（すべり面）等としてもよい。

図６，７は、本発明の他の例に係るステージ装置を示す図である。図６に示すように、他の例に係るステージ装置３０は、上記Ｚ軸テーブル１２に対応する上ウェッジ３１と、上記支持スライダ１３に対応する中ウェッジ３２と、上記ハウジング１１に対応する下ウェッジ３３及び基板３４と、上記ボールねじ２１に対応するボールねじ３５と、を備えている。

上ウェッジ３１は、中ウェッジ３２に対し、上記第２ガイドレール１８に対応するすべり面３１ａ，３２ａを介して摺動可能に支持されている。中ウェッジ３２は、下ウェッジ３３に対し、上記第１ガイドレール１４に対応するすべり面３２ｂ，３３ａを介して摺動可能に支持されている。下ウェッジ３３は、基板３４に固定されている。

ボールねじ３５は、Ｘ軸方向に延在すると共にモータ２０を介して基板３４に固定されており、中ウェッジ３２にＸ軸方向（水平方向）の推力を与える。また、ボールねじ３５と中ウェッジ３２との接続部分には、中ウェッジ３２のＺ軸方向の移動が阻害されないようボールねじ３５と中ウェッジ３２とをＺ軸方向に移動可能にするため（Ｚ軸方向の移動を許容するため）、Ｚ軸ガイド部（ガイド）３６が設けられている（図７参照）。つまり、ボールねじ３５と中ウェッジ３２との力点が鉛直方向に変化可能に構成されている。

なお、ボールねじ２１，３５による推力の方向にあっては、上述したものに限定されるものではない。すなわち、支持スライダ１３を第１ガイドレール１４に沿って移動可能にできれば、第１ガイドレール１４に沿う方向以外の方向でもよく、中ウェッジ３２をすべり面３２ｂ，３３ａに沿って移動可能にできれば、すべり面３２ｂ，３３ａに沿う方向以外の方向でもよい。

また、上記実施形態では、ステージ装置１をＸＹＺθステージとしたが、ＸＹＺテーブルとしてもよく、ＸＺθ（ＹＺθ）ステージとしてもよい。また、ＸＺ（ＹＺ）ステージとしてもよく、Ｚステージとしてもよい。また、本発明を、ステージ装置１を備える種々のプローバ装置として構成してもよい。

また、上記実施形態では、ボールねじ２１によって支持スライダ１３を移動させたが、その他の種々の駆動手段を用いることができる。また、上記実施形態では、第１ガイドレール１４を１つ設けると共に第２ガイドレール１８を一対（２つ）設けたが、第１ガイドレール１４を２つ以上設けてもよく、第２ガイドレール１８を１つ若しくは３つ以上設けてもよい。

ちなみに、第１及び第２傾斜部としてのガイドレール１４，１８は、例えば非接触型のガイド機構であってもよく、要は、第１及び第２傾斜部は、第２傾斜部を介して支持部（支持スライダ１３）がテーブル部（Ｚ軸テーブル部１２）を支持でき、且つ第１及び第２傾斜部に沿って支持部が移動可能となるように構成されていればよい。

本発明の一実施形態に係るステージ装置を示す斜視図である。図１のステージ装置におけるＺ軸機構を示す斜視図である。図２のIII−III線に沿っての断面図である。図２のIV−IV線に沿っての断面図である。（ａ）は図１のステージ装置における動作を説明する断面図、（ｂ）は（ａ）の続きを示す断面図、（ｃ）は（ｂ）の続きを示す断面図である。本発明の他の例に係るステージ装置を示す斜視図である。図６のVII−VII線に沿っての断面図である。

符号の説明

１…ステージ装置、７…Ｙ軸テーブル部（水平テーブル部）、１１…ハウジング（ベース）、１２…Ｚ軸テーブル部（テーブル部）、１３…支持スライダ（支持部）、１４…第１ガイドレール（第１傾斜部）、１４ａ…第１ガイドレールの下端、１８…第２ガイドレール（第２傾斜部）、１８ｂ…第２ガイドレールの下端、２１…ボールねじ（駆動部）、３６…Ｚ軸ガイド部（ガイド）、θ１…第１傾斜角度、θ２…第２傾斜角度。

Claims

ベースに対し鉛直方向に移動可能なテーブル部と、
前記ベースに設けられ、水平面に対して傾斜して延在する第１傾斜部と、
前記テーブル部に設けられ、水平面に対して前記第１傾斜部と反対側に傾斜して延在する第２傾斜部と、
前記第２傾斜部を介して前記テーブル部を支持すると共に、前記第１及び第２傾斜部に沿って移動可能な支持部と、
前記第１傾斜部に沿って前記支持部が移動するように当該支持部を駆動する駆動部と、を備えたことを特徴とするステージ装置。
前記駆動部は、前記支持部に第１傾斜部に沿う方向の推力を与えることを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
前記駆動部は、前記支持部の鉛直方向の移動を許容するガイドを介して、前記支持部に第１傾斜部に沿う方向以外の方向の推力を与えることを特徴とする請求項１又は２記載のステージ装置。
前記第１傾斜部の上端の高さ位置は、少なくとも前記テーブル部が下死点に位置するとき、前記第２傾斜部の下端の高さ位置よりも高いことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のステージ装置。
前記第１傾斜部の傾斜角度と前記第２傾斜部の傾斜角度とは、その絶対値が互いに等しいことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載のステージ装置。
前記テーブル部は、水平方向に移動する水平テーブル部上に配設されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のステージ装置。
請求項１〜６の何れか一項記載のステージ装置を備えたことを特徴とするプローバ装置。