JP2010135434A - ステージ、そのステージを備えたステージ装置、及びそのステージ装置を備えた半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させるようにしたステージ、そのステージを備えたステージ装置、及びそのステージ装置を備えた半導体検査装置を提供する。
【解決手段】Ｙ軸ステージ４は、長尺状で長手方向に延在する断面コ字状のステージ本体２０と、ステージ本体２０のＸ軸ステージ（テーブル）７側の第１の面（上面）２０ａで長手方向に延在すると共に、Ｘ軸ステージ７を一方向（Ｘ軸方向）に案内するための一対のガイドレール１５Ａとを備えている。さらに、長手方向に延在するステージ本体２０には、一対のガイド部１５Ａの間においてステージ本体２０の第１の面２０ａ側で長手方向に延在する第１の補強部２１と、第１の面２０ａに対して平行に延在する第２の面（下面）２０ｂで長手方向に延在する第２の補強部２２とが固定されている。そして、第１の補強部２１と第２の補強部２２とでステージ本体２０を挟み込むようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステージ装置上でテーブルを一方向に案内するためのステージ本体を備えたステージ、そのステージを備えたステージ装置、及びそのステージ装置を備えた半導体検査装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特許第３９８８２２５号公報がある。この公報に記載された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（本実施形態ではＹ軸ステージ）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（本実施形態ではＸ軸ステージ）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。

特許第３９８８２２５号公報

しかしながら、Ｙ軸ガイドレールが敷設されたＸ軸テーブル（ステージ）が、外部からの熱によって反ったり伸びたりすると、Ｙ軸ガイドレールもそれに追従した変形を引き起こし、これに伴って、Ｙ軸テーブルを直線的に精密に移動させることができないといった問題点があった。近年、このＸ軸テーブル（ステージ）は、軽量化の為にアルミなどの軽金属で形成される場合があり、このような場合に、Ｙ軸テーブルを精密に直線移動させるには熱の影響を考慮することが必要になっている。高温下でステージ装置を利用する場合には、特に熱対策が問題になる。

本発明は、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させるようにしたステージ、そのステージを備えたステージ装置、及びそのステージ装置を備えた半導体検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、ステージ装置上でテーブルを一方向に案内するステージ本体を備えたステージにおいて、ステージ本体を、第１の補強部と第２の補強部とで挟み込むようにしたことを特徴とする。

このステージにおいては、第１及び第２の補強部でステージ本体を挟み込むように配置させることで、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させることができる。このようなステージをステージ装置に採用することで、ステージを直線的に精密に移動させることができる。特に、ステージ本体が、軽量化の為にアルミなどの軽金属で形成されている場合、熱による変形がステージの精密な直線移動に影響を与えるので、本発明では、ステージの熱変形対策としては最適である。また、ステージ本体にリニアスケールが固定されている場合、熱によりステージ本体に伸びや反りが発生すると、リニアスケールの目盛り間隔が広がって、テーブルの送り精度が不正確になるばかりか、テーブル側に設けられたスケールヘッドとリニアスケールとの間隔が変化して、スケールヘッドでリニアスケールの目盛りを読むことができない事態が発生することがあるが、本発明では、このような事態が極めて発生し難くなる。
熱変形に対しては単に別部材でステージを補強するだけでは変形に対応しきれない。例えば、第１の補強部のみをステージ本体の面に設けたとすると、補強された面の変形は抑制されるが、補強がされていない面と補強がされている面との熱膨脹が相違するため、特に対向する面が伸びてしまうと、逆に変形しやすくなってしまう。そこで、ステージ本体を、対向する第１の補強部と第２の補強部とで挟み込むと、対向する面の熱膨脹率を同じに保ちつつステージ本体を強化することができる。

また、第１の補強部は、ステージ本体のテーブル側の第１の面で長手方向に延在し、第２の補強部は、ステージ本体の第１の面に対して平行に延在する第２の面で長手方向に延在すると好適である。
このような構成は、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させる構成として効果的である。

また、第１及び第２の補強部は、長手方向でステージ本体より熱膨張率が小さい部材からなると好適である。
このような構成を採用すると、ステージ本体の確実な補強を図りつつ、ステージ本体の軽量化を可能にするので、ステージ自体のスムーズな移動が達成される。

また、第１及び第２の補強部は、ステージ本体に埋設されていると好適である。
このような構成を採用すると、ステージ本体の強度アップを図りつつ、第１及び第２補強部の省スペース化が可能になる。

また、ステージ本体の第１の面における補強部以外の部分には、ガイド部を載置させるために、機械加工により載置面が形成されていると好適である。
この載置面には、平面加工やネジ穴加工などの機械な加工が施され、ガイド部の固定を可能にしている。

また、ステージ本体の外面は、第１及び第２の面に直交して長手方向に延在する一対の第３及び第４の面を有し、第３及び第４の面には、長手方向に延在する第３及び第４の補強部がそれぞれ固定されていると好適である。
このような構成を採用すると、ステージ本体の捻れを適切に防止することができる。

また、第３及び第４の補強部は、長手方向でステージ本体より熱膨張率が小さい部材からなると好適である。
このような構成を採用すると、ステージ本体の確実な補強を図りつつ、ステージ本体の軽量化を可能にするので、ステージ自体のスムーズな移動が達成される。

また、ステージ本体の第３の面には、第３の補強部が固定された以外の残りの領域にリニアスケールが固定され、第３の補強部はステージ本体に埋設されていると好適である。
このような構成を採用すると、ステージ本体の強度アップを図りつつ、第３の補強部の省スペース化が可能になる。さらに、第３の補強部は、熱によるリニアスケールの目盛りの変化の低減を図り、高温下であってもテーブルの送り精度を高めることができ、アッベ誤差の低減に効果的である。

また、第１の補強部は、ステージ本体のテーブル側の第１の面に対して直交して延在する第３の面で長手方向に延在し、第２の補強部は、ステージ本体の第３の面に対して平行に延在する第４の面で長手方向に延在すると好適である。
このような構成は、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させる構成として効果的である。

本発明は、ステージ装置上でテーブルを一方向に案内するステージ本体を備えたステージにおいて、ステージ本体は、第１の面とこの第１の面に対向する第２の面とを有し、第１の面の熱膨張率と第２の面の熱膨脹率とは、略等しくなるようにステージ本体を補強部で補強していることを特徴とする。

この発明では、対向する面での熱膨脹率を同じにしつつ、ステージ本体を強化することで、第１の面と第２の面との伸び率の相違によりステージ本体が反ることを防止できる。

本発明に係るステージ装置は、請求項１〜１０の何れか一項に記載のステージを備えたことを特徴とする。このステージ装置によれば、本発明に係るステージを備えているので、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させることができる。

本発明に係る半導体検査装置は、請求項１１に記載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によれば、本発明に係るステージを備えているので、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させることができる。

本発明によれば、ステージ本体の伸びや反りなどの変形を容易に低減させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るステージ、そのステージを備えたステージ装置、及びそのステージ装置を備えた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、ステージ装置１は、例えば半導体ウェハの外観等を検査するための半導体検査装置（図示せず）に組み込まれ、顕微鏡等の検査機器と対向して配置された半導体ウェハの位置調整に利用されるＸＹステージ装置である。ステージ装置１は、架台（図示せず）上に配置された正方形板状の定盤３と、定盤３に沿ってＹ軸方向に移動するＹ軸ステージ４と、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と、Ｙ軸ステージ４上をＸ軸方向（第１軸の方向）に移動するＸ軸ステージ７と、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と、を備えている。

架台２の４本の足部２ａの上端には、４つの除振ユニット（図示せず）がそれぞれ固定されている。除振ユニットの上面には、定盤３が固定されている。除振ユニットは、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軸ガイド手段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。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。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（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（ガイド部）１５Ａがそれぞれ設けられている。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軸ガイド手段１５を構成する。

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３２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３２と対向するようにＸ軸スケールヘッド３５が取り付けられている。Ｘ軸スケールヘッド３５は、Ｘ軸リニアスケール３２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。

次に、Ｙ軸ステージすなわちステージ４について詳細に説明する。

図２〜図４に示すように、Ｙ軸ステージ４は、長尺状で長手方向に延在する断面コ字状のステージ本体２０と、ステージ本体２０のＸ軸ステージ（テーブル）７側の第１の面（上面）２０ａで長手方向に延在すると共に、Ｘ軸ステージ（テーブル）７を一方向（Ｘ軸方向）に案内するための一対のガイドレール１５Ａとを備えている。そして、このステージ本体２０は、平面加工やネジ穴加工などの機械加工が容易で且つ軽量なアルミ材で形成されている。

ステージ本体２０は、定盤３に設けられているガイドレール１２Ａによってガイドされており、このガイドレール１２ＡによってＸ方向に拘束されているため、ステージ本体２０が熱の影響を受けると、その伸びでステージ本体２０の中央部が膨らむといった現象が引き起こされるが、以下、この対策について述べる。

長手方向に延在するステージ本体２０には、一対のガイド部１５Ａの間においてステージ本体２０の第１の面２０ａ側で長手方向に延在する第１の補強部２１と、第１の面２０ａに対して平行に延在する第２の面（下面）２０ｂで長手方向に延在する第２の補強部２２とが固定されている。そして、第１の補強部２１と第２の補強部２２とでステージ本体２０を挟み込むようにしている。

ステージ本体２０の外面は、第１及び第２の面２０ａ，２０ｂに直交して長手方向に延在する一対の第３及び第４の面（側面）２０ｃ，２０ｄを有し、第３及び第４の面２０ｃ，２０ｄには、長手方向に延在する第３及び第４の補強部２３，２３がそれぞれ固定されている。そして、第３の補強部２３と第４の補強部２４とでステージ本体２０を挟み込むようにしている。

各第１〜第４の補強部２１〜２４は、長手方向でステージ本体２０より熱膨張率が小さいＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）からなる。ＣＦＲＰを採用すると、ステージ本体２０の確実な補強を図りつつ、ステージ本体２０の軽量化を可能にするので、Ｙ軸ステージ４自体のスムーズな移動が達成される。

第１〜第４の面２０ａ〜２０ｄには、各第１〜第４の補強部２１〜２４を固定させるための第１〜第４の凹部２５〜２８（図５及び図６参照）が形成され、各第１〜第４の補強部２１〜２４は、第１〜第４の凹部２５〜２８内で接着剤によって固定されている。このような構成を採用すると、ステージ本体２０の強度アップを図りつつ、第１〜第４補強部２１〜２４の省スペース化が可能になる。そして、第１〜第４の補強部２１〜２４の協働によって、ステージ本体２０の捻れを適切に防止することができる。

さらに、ステージ本体２０の短手方向（長手方向に対して直交する方向）における両端部には、長手方向に延在する突出部２０Ａ，２０Ｂが設けられ、各突出部２０Ａ，２０Ｂの上面（第１の面２０ａの一部）２０ａＡ，２０ａＢは、ガイドレール（ガイド部）１５Ａを載置させるために、機械加工により載置面として形成されている。各載置面２０ａＡ，２０ａＢには、平面加工やネジ穴３０の加工が施され、各載置面２０ａＡ，２０ａＢにガイドレール１５Ａを載置させ、その後ネジ３１によって、ガイドレール１５Ａがステージ本体２０に精度良く確実に固定される（図１参照）。

さらに、ステージ本体２０の第３の面２０ｃには、第３の補強部２３が固定された以外の残りの領域にリニアスケール３２が固定され、第３の補強部２３はリニアスケール３２と平行に延在する。第３の補強部２３は、熱によるリニアスケール３２の目盛りの変化の低減を図り、高温下であってもＸ軸ステージ（テーブル）７の送り精度を高めることができ、アッベ誤差の低減に効果的である。

また、突起部２０Ａの内面（第５の面）２０ｅには、第３の補強部２３と平行で長手方向に延在する第５の補強部３４が第５の凹部２９に埋設されている。この第５の補強部３４を採用することで、突出部２０Ｂより大きな断面積をもった突起部２０Ａの補強を確実なものとしている。

このようなＹ軸ステージ４においては、長手方向に延在する第１及び第２の補強部２１，２２でステージ本体２０を挟み込むように配置させることで、ステージ本体２０の伸びや反りなどの変形を容易に低減させることができる。このようなＹ軸ステージ４をステージ装置１に採用することで、Ｙ軸ステージ４を直線的に精密に移動させることができる。なお、第３及び第４の補強部２３，２４についても、ステージ本体２０を挟み込むように配置させるように配置させているので、同様の作用効果を奏する。

特に、ステージ本体２０が、軽量化の為にアルミなどの軽金属で形成されている場合、熱による変形がＹ軸ステージ４の精密な直線移動に影響を与えるので、Ｙ軸ステージ４の熱変形対策としては最適である。また、ステージ本体２０にリニアスケール３２が固定されている場合、熱によりステージ本体に伸びや反りが発生すると、リニアスケール３２の目盛り間隔が広がって、Ｘ軸ステージ（テーブル）７の送り精度が不正確になるばかりか、Ｘ軸ステージ７の端部に設けられたスケールヘッド３５（図１参照）とリニアスケール３２との間隔が変化して、スケールヘッド３５でリニアスケール３２の目盛りを読むことができない事態が発生することがあるが、本発明では、このような事態が極めて発生し難くしている。

熱変形に対しては単に別部材でステージを補強するだけでは変形に対応しきれない。例えば、第１の補強部２１のみをステージ本体２０の面に設けたとすると、補強された面の変形は抑制されるが、補強がされていない面と補強がされている面との熱膨脹が相違するため、特に対向する面が伸びてしまうと、逆に変形しやすくなってしまう。そこで、ステージ本体２０を、対向する第１の補強部２１と第２の補強部２２とで挟み込むと、対向する面の熱膨脹率を同じに保ちつつステージ本体２０を強化することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、ガイド部としては、スライダであってもよい。補強部２１〜２４，３４としては、ＣＦＲＰ以外の低熱膨脹材であってもよい。本発明では、第１の補強部２１と第２の補強部２２との組み合わせ、第３の補強部２３と第４の補強部２４との組み合わせの何れかを選択的に採用してもよい。

第１の補強部２１と第２の補強部２２と（第３の補強部２３と第４の補強部２４との関係も同様）は、同じ材質であることが好ましい。このように構成すれば、対向する補強部２１，２２の熱膨脹率が同じもので構成でき、ステージ本体２０の対向する面の伸びを同程度にすることができ、ステージ本体２０の反りを好適に防止することができる。

上記実施形態では、第１の補強部２１と第２の補強部２２と（第３の補強部２３と第４の補強部２４との関係も同様）で、ステージ本体２０を挟み込む構造にしているが、本発明の本質的な部分は、対向するそれぞれの面の熱膨脹率を略同じくしつつ、熱膨張し難いように補強することでもある。従って、各補強部は、ステージ本体２０の材質と同じものであってもよく、リブ構造で膨脹し難くした部材であってもよい。また、第１の補強部２１と第２の補強部２２は、形状や材質が異なっていてもよく、ようするに、ステージ本体２０の対向する面の熱に対する剛性を強化できて、対向するそれぞれの面の熱膨脹が略同じにできればよい。

本発明に係るステージが適用されるステージ装置の一実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るステージを上側から見た斜視図である。 本発明に係るステージを下側から見た斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２に示されたステージから補強部を外した状態を示す斜視図である。 図３に示されたステージから補強部を外した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１…ステージ装置、４…Ｙ軸ステージ（ステージ）、７…Ｘ軸ステージ（テーブル）、１５Ａ…ガイドレール（ガイド部）、２０…ステージ本体、２１…第１の補強部、２２…第２の補強部、２３…第３の補強部、２４…第４の補強部、２０ａ…第１の面、２０ｂ…第２の面、２０ｃ…第３の面、２０ｄ…第４の面、２０Ａａ，２０Ｂａ…載置面、３２…リニアスケール。

Claims (12)

1. ステージ装置上でテーブルを一方向に案内するステージ本体を備えたステージにおいて、
   前記ステージ本体を、第１の補強部と第２の補強部とで挟み込むようにしたことを特徴とするステージ。
2. 前記第１の補強部は、前記ステージ本体の前記テーブル側の第１の面で長手方向に延在し、前記第２の補強部は、前記ステージ本体の前記第１の面に対して平行に延在する第２の面で長手方向に延在することを特徴とする請求項１記載のステージ。
3. 前記第１及び第２の補強部は、長手方向で前記ステージ本体より熱膨張率が小さい部材からなることを特徴とする請求項１又は２記載のステージ。
4. 前記第１及び第２の補強部は、前記ステージ本体に埋設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のステージ。
5. 前記ステージ本体の前記第１の面における前記補強部以外の部分には、ガイド部を載置させるために、機械加工により載置面が形成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のステージ。
6. 前記ステージ本体の外面は、前記第１及び第２の面に直交して長手方向に延在する一対の第３及び第４の面を有し、前記第３及び第４の面には、長手方向に延在する第３及び第４の補強部がそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載のステージ。
7. 前記第３及び第４の補強部は、長手方向で前記ステージ本体より熱膨張率が小さい部材からなることを特徴とする請求項６記載のステージ。
8. 前記ステージ本体の前記第３の面には、前記第３の補強部が固定された以外の残りの領域にリニアスケールが固定され、前記第３の補強部は前記ステージ本体に埋設されていることを特徴とする請求項６又は７記載のステージ。
9. 前記第１の補強部は、前記ステージ本体の前記テーブル側の第１の面に対して直交して延在する第３の面で長手方向に延在し、前記第２の補強部は、前記ステージ本体の前記第３の面に対して平行に延在する第４の面で長手方向に延在することを特徴とする請求項１記載のステージ。
10. ステージ装置上でテーブルを一方向に案内するステージ本体を備えたステージにおいて、
    前記ステージ本体は、第１の面と該第１の面に対向する第２の面とを有し、前記第１の面の熱膨張率と前記第２の面の熱膨脹率とは、略等しくなるように前記ステージ本体を補強部で補強していることを特徴とするステージ。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載のステージを備えたことを特徴とするステージ装置。
12. 請求項１１に記載のステージ装置を備えた半導体検査装置。