JP4254036B2 - ステージの昇降装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハプローバ、ストリップハンドラ等に用いられ、ステージをZ軸方向(上下方向)に移動するステージの昇降装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ウエハプローバに用いられるステージの昇降装置では、ステージ上に検査対象のウエハを載せ、プローバのピンがウエハに当たる位置までステージを昇降する。ステージが位置決めされたところでウエハのチップにプローバのピンを順番に当てていき、検査を行う。
【0003】
図8は従来におけるステージの昇降装置の構成例を示した図である。
図8で、ステージ10上にはウエハのような検証対象が載せられる。
移動部材11は、ステージ10と連結されている。ボールスプライン12は、移動部材11を固定部材13にZ軸方向に移動自在に支持している。
モータ14はベルト15を介して動力を伝達し、駆動軸16を回転駆動する。駆動軸16には雄ねじ17が切られている。移動部材11には、雄ねじ17が螺合される雌ねじ18が切られている。雄ねじ17と雌ねじ18の間に形成された螺旋状の溝の中にボール(図示せず)を配列し、このボールが循環できるように溝を形成することによって、ボールねじを構成している。
【0004】
図8の装置では、モータ14はベルト15を介して回転動力を駆動軸16に伝達する。駆動軸16の回転動力はボールねじにより直進移動に変換され、この直進移動を動力として移動部材11がZ軸方向に昇降する。ステージ10は移動部材11とともにZ軸方向に昇降する。
【0005】
ステージにかかる荷重が大きくなるに従って、ボールスプライン12に要求される剛性が高くなる。特に、ステージに偏荷重がかかったときは、剛性が低いとステージが傾斜してしまう。傾斜すると、ステージ上のウエハにプローバピンが当たる位置がずれてしまう。このため、偏荷重に対して高い剛性が要求される。
図8の従来装置では、
▲1▼ボールスプライン12の部分での接触面積を大きくして余圧を高める
▲2▼加工精度を高めてボールスプライン12の部分でのギャップを狭める
ことによって、剛性を高めている。
【0006】
しかし、ボールスプラインは点接触であるため、接触面積を大きくすることは難しかった。また、高い加工精度での組立が難しい。ボールスプラインは本質的に可動機構を持っているため、ギャップは必要で、剛性を高めることにも限界があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、エアベアリングによりステージをZ軸方向へ移動自在に支持することによって、荷重に対する剛性を高めたステージの昇降装置を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったステージの昇降装置である。
【0009】
(1)ステージを固定部材にZ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをZ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面にボールねじを介して連結されて前記ステージをZ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをZ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。
【0010】
(2)ステージを固定部材にZ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをZ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面に静圧ねじを介して連結されて前記ステージをZ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをZ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。
【0011】
(3)ステージのZ軸方向の位置を検出する位置センサと、
Z軸方向の位置指令値と前記位置センサの位置検出値の偏差をもとにステージのZ軸方向の位置をフィードバック制御する位置制御部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のステージの昇降装置。
【0012】
(4)前記ステージの下面には2重円筒形状の側壁が形成されるとともに、前記固定部材は前記ステージの2重円筒形状の側壁間に挟み込まれて前記ステージの2重円筒形状の対向する側壁との間にそれぞれ微小間隙が形成されるようにして有底2重円筒形状に側壁が形成され、
前記各微小間隙に圧縮空気を充満させてエアベアリングを2重化したことを特徴とする請求項1または2に記載のステージの昇降装置。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。
図1で、ステージ30上にはウエハのような検証対象が載せられる。
固定部材31はステージ30を収容する形状をしている。ステージ30の側壁301と固定部材31の側壁311の間に微小間隙32を形成している。
空気供給手段33は、微小間隙32に圧縮空気を充満させる。この圧縮空気によりステージ30をZ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングが構成される。
【0017】
モータ34は駆動軸35を回転駆動する。駆動軸35には雄ねじ36が切られている。
軸受37は駆動軸35を支持する。軸受37は、例えば、スラスト方向とラジアル方向の荷重を受けるクロスローラ軸受である。
ステージ30と連結された部材38には、雄ねじ36が螺合される雌ねじ39が切られている。雄ねじ36と雌ねじ39の間に形成された螺旋状の溝の中にボール(図示せず)を配列し、このボールが循環できるように溝を形成することによって、ボールねじを構成している。
【0018】
位置センサ40は、ステージ30のZ軸方向の位置を検出する。位置センサ40は、例えば、リニア式の光学式エンコーダ、リニア式の磁気レゾルバ、磁歪式ポテンショメータ等である。
減算器41は、Z軸方向の位置指令値と位置センサ40の位置検出値の偏差をとる。位置制御部42は、減算器41でとった偏差をもとにステージのZ軸方向の位置をフィードバック制御する。
【0019】
図1の装置では、モータ34は駆動軸35を回転駆動する。駆動軸35の回転動力はボールねじにより直進移動に変換され、この直進移動を動力としてステージ30がZ軸方向に昇降する。
位置センサ40は、ステージ30のZ軸方向の位置を検出し、位置制御部42は、Z軸方向の位置指令値と位置センサ40の位置検出値の偏差をもとにステージのZ軸方向の位置をフィードバック制御する。これによって、ステージ30が荷重により下方にずれても、この位置ずれが補正される。
【0020】
図2は本発明の他の実施例を示す構成図である。
図2の実施例では、ステージ30の側壁を2重に設けている。2重にした側壁301と311で固定部材31の側壁312を両側から挟み込んでいる。側壁312の両側に微小間隙321と322を形成する。空気供給手段33により微小間隙321と322に圧縮空気を充満させる。これによって、エアベアリングを2重化する。
このように構成すると、ステージ30及び固定部材31は、ベアリング部分との接触面積が2倍になるため、ステージの荷重に対する剛性を2倍に高めることができる。
【0021】
図3は本発明の他の実施例を示す構成図である。この実施例では、ボールねじの代わりに静圧ねじを用いている。静圧ねじは次のとおりの構成になっている。雄ねじ36と雌ねじ39の間隙に空気供給手段33により圧縮空気を充満させる。これにより、圧縮空気に雄ねじ36と雌ねじ39のねじ山が接触している静圧ねじが構成される。部材38には静圧ねじへの空気供給路が設けられている。図4は静圧ねじの雄ねじと雌ねじの構成を示した図である。図4に示すように、雄ねじ36と雌ねじ39の間隙390に圧縮空気が充満されている。
【0022】
図5は本発明の参考例1を示す構成図である。図5で、XYステージ50は位置決め装置(図示せず)によってX軸方向とY軸方向に位置決めされる。XYステージ50にステージ30と固定部材31が載せられている。荷重センサ51は、ステージ30に加わる荷重を検出する。荷重センサ51は、例えばロードセルである。補正テーブル用メモリ52は、ステージ30に加わる荷重の大きさFと、ステージのX軸方向及びY軸方向の位置ずれ量δ(X,Y)とを対応させた補正テーブル521を格納している。補正テーブル521はステージの位置に応じて設けられている。例えば、ウエハの各チップを検査するときは、プローブカードのピンが各チップに押し当てられるため、各チップの位置に応じて補正テーブルが設けられている。
【0023】
位置センサ53は、ステージ30のX軸方向及びY軸方向の位置を検出する。
ずれ量算出手段54は、荷重が加わるステージの位置から補正テーブルを選択し、選択した補正テーブルを用いて荷重センサの検出荷重から位置ずれ量を読み出す。荷重が加わるステージの位置は、位置指令値から知る。
減算器55は、ずれ量算出手段54で読み出した位置ずれ量で補正した位置指令値と、位置センサ53の検出位置の偏差を求める。
位置制御部56は、減算器55で求めた偏差もとにステージ30のX軸方向及びY軸方向の位置をフィードバック制御し、荷重による位置ずれを補正する。
【0024】
図5の装置で、プローバのピンがウエハの端に位置するチップに押し当てられること等によって、ステージ30に偏荷重がかかると、ステージが傾斜する。これによって、X軸方向及びY軸方向に位置ずれが生じる。
偏荷重の大きさは荷重センサ51が検出する。
ずれ量算出手段54は、偏荷重のかかる位置から補正テーブルを選択し、選択した補正テーブルを用いて荷重センサの検出荷重から位置ずれ量を読み出す。偏荷重のかかる位置は位置指令値から知る。
位置制御部56は、読み出した位置ずれ量で補正した位置指令値をもとにステージ30のX軸方向及びY軸方向の位置をフィードバック制御する。これによって、偏荷重による位置ずれが補正される。
【0025】
図6は本発明の参考例2を示す構成図である。図6で、(a)はステージの側面図、(b)は(a)図のA方向から見た図である。この参考例ではステージに倣い機構を設けている。プローブカード60にはピン61が設けられている。プローブカード60が移動し、ウエハ62上のチップに順番にピン61を押し当てて検査する。
【0026】
載置台70は、上面にウエハ62(検査対象のデバイス)が載せられ、下面に曲面部71が形成されている。
支持台72は、曲面部71を収容し得る形状になった曲面部73が形成されている。曲面部71と73は、例えば球形をなしている。
空気供給手段74は、圧縮空気を供給する。多孔質部材75は、曲面部73に配置されている。
【0027】
空気供給手段74から供給された圧縮空気は、多孔質部材75を通過し、曲面部71と73の間隙76に充満する。この圧縮空気により載置台70を支持台72上に浮揚させ、載置台70を傾斜自在に支持する曲面エアベアリングを構成する。
真空吸引手段77は、間隙76を真空吸引して載置台70を支持台72に固定する。真空吸引は、載置台70の姿勢をロックするときに行う。
請求範囲のロック手段は真空吸引手段77に相当する。なお、ロック手段は真空吸引に限らず、機械式にロックするものであってもよい。
【0028】
回転防止機構78は、載置台70の回転を防止する。図7は回転防止機構78の構成斜視図である。
図7に示すように、バー781は、円柱形状をなし、載置台70に固定されている。バー781は、下方に延びている。
バー782と783は、円柱形状をなし、支持台72に固定されている。バー782と783は、径方向に延びていて、バー781を挟み込んでいる。
このように構成した回転防止機構78により、載置台70は、支持台72上に、傾斜自在に、しかもZ軸まわりに回転しないように保持される。
【0029】
図6の装置で、載置台70は曲面エアベアリングにより傾斜自在に支持されている。プローブカード60のピン61がウエハ62に押し当てられると、ピン61が押し当てられた力により載置台70はプローブカード60と平行になる姿勢をとる。すなわち、載置台70はプローブカード60に倣った姿勢をとる。これによって、ウエハ62に押し当てられる各ピンの接触圧が均一化される。
均一化したところで、真空吸引手段77は曲面エアベアリングに対して真空吸引を行う。これによって、載置台70の姿勢がロックされる。ロックした姿勢でウエハの各チップに対して検査を行う。
【0030】
なお、軸受37をエアベアリングで構成してもよい。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【0032】
請求項1および請求項2に記載の発明では、エアベアリングによりステージをZ軸方向へ移動自在に支持しているため、ボールスプラインの軸受を設けた従来例に比べて、高い加工精度を要することなく軸受部分のギャップを狭めることができる。これによって、容易に荷重に対する剛性を高めることができる。また、クロスローラ軸受でモータの出力軸を支持しているため、荷重に対する出力軸のずれを低減できる。
また、請求項2では、昇降機構に静圧ねじを用いているため、ねじ部の摩擦が小さくなる。このため、モータに指令した回転量に対して実際にステージが移動する量が計算値に近い量になる。これによって、ステージを高精度に位置決め制御できる。
【0033】
請求項3記載の発明では、ステージのZ軸方向の位置をフィードバック制御しているため、ステージに荷重がかかってもステージの位置を一定の位置に保持することができる。
【0034】
請求項4記載の発明では、エアベアリングを2重化しているため、ベアリング部分の接触面積が2倍になり、ステージの荷重に対する剛性を2倍に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図4】静圧ねじの構成図である。
【図5】本発明の参考例1を示す構成図である。
【図6】本発明の参考例2を示す構成図である。
【図7】回転防止機構の構成斜視図である。
【図8】従来におけるステージの昇降装置の構成例を示した図である。
Claims (4)
- ステージを固定部材にZ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをZ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面にボールねじを介して連結されて前記ステージをZ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをZ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。 - ステージを固定部材にZ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをZ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面に静圧ねじを介して連結されて前記ステージをZ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをZ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。 - ステージのZ軸方向の位置を検出する位置センサと、
Z軸方向の位置指令値と前記位置センサの位置検出値の偏差をもとにステージのZ軸方向の位置をフィードバック制御する位置制御部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のステージの昇降装置。 - 前記ステージの下面には2重円筒形状の側壁が形成されるとともに、前記固定部材は前記ステージの2重円筒形状の側壁間に挟み込まれて前記ステージの2重円筒形状の対向する側壁との間にそれぞれ微小間隙が形成されるようにして有底2重円筒形状に側壁が形成され、
前記各微小間隙に圧縮空気を充満させてエアベアリングを2重化したことを特徴とする請求項1または2に記載のステージの昇降装置。
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