JP5203299B2 - 反力処理機構、その反力処理機構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

Description

本発明は、ステージ装置に設けられ、ステージの移動により生じる反力を処理するための反力処理機構、その反力処理機構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。

従来、このような分野の技術として、特開平１１―３２９９６２号公報がある。この公報に記載されたステージ装置は、基礎と、振動減衰装置を介して基礎上に支持された定盤と、この定盤上を移動するステージと、定盤に設けられ、ステージを移動させるステージ駆動用アクチュエータと、基礎に設けられ、ステージの移動により定盤に加えられる反力を打ち消すための反力処理用アクチュエータと、を備えている。

特開平１１―３２９９６２号公報

しかしながら、前述した従来のステージ装置においては、各部材の製造誤差や装置組立て時の組立て誤差により、ステージ駆動用アクチュエータが定盤に加える反力の方向と、反力処理用アクチュエータが定盤に加える力の方向と、の間にズレが生じると、反力が十分に打ち消されず、定盤に揺れが生じる可能性があるという問題があった。

本発明は、信頼性の向上を図ることができる反力処理機構、その反力処理機構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、架台と、除振ユニットを介して架台上で支持された定盤と、定盤上を第１の方向に移動するステージと、定盤に連結された第１の方向に延びるマグネットシャフトと、マグネットシャフトが通される貫通孔が形成され、ステージに連結されたステージ駆動用コイルユニットとを有するステージ駆動用シャフトモータと、を備えるステージ装置に設けられ、ステージの移動により定盤に加えられる反力を処理するための反力処理機構であって、ステージ駆動用シャフトモータのマグネットシャフトが通される貫通孔が形成され、マグネットシャフトとの協働により定盤に力を加える反力処理用コイルユニットと、反力処理用コイルユニットに連結されて、反力処理用コイルユニットが定盤に加えた力の反力を架台に伝達する伝達手段と、を備えていることを特徴とする。

この反力処理機構では、ステージの移動による反力が定盤に加えられた場合に、反力処理用コイルユニットにより、この反力に対向する第１の方向の力を定盤に加えて反力を打ち消すことで、定盤に揺れが生じることを回避することができる。しかも、ステージ駆動用コイルユニットと反力処理用コイルユニットとがマグネットシャフトを共有することで、ステージの移動によりステージ駆動用コイルユニットが定盤に加える反力の方向と反力処理用コイルユニットが定盤に加える力の方向とがマグネットシャフトの延在方向で一致するので、力の方向にズレが生じることが回避され、これによって反力処理機構の信頼性の向上を図ることができる。更に、マグネットシャフトの共有により部品点数の削減が図られるので、反力処理機構の構造の簡素化及び低コスト化が可能となる。

また、ステージ駆動用コイルユニットと反力処理用コイルユニットとを制御する制御手段を更に備え、制御手段は、ステージ駆動用コイルユニットがステージに加える力の向きと同じ向き、かつステージ駆動用コイルユニットがステージに加える力と同じ大きさの力を定盤に加えるように反力処理用コイルユニットを制御することが好ましい。このような構成によれば、簡単な制御により反力処理が実現されるので、制御装置における演算処理量の軽減が図られる。このことは、より急なステージの加速及び停止に対する反力処理を可能にするので、ステージ装置の応答性の向上に有利である。

ステージ駆動用コイルユニット及び反力処理用コイルユニットは、同じコイルを有し、制御手段は、ステージ駆動用コイル及び反力処理用コイルに同一の指令値を与えることが好ましい。このような構成によれば、更に制御装置における演算処理量の軽減を図ることができるので、ステージ装置の応答性の向上に有利である。

ステージ駆動用コイルは、マグネットシャフトとの組み合わせで推力定数Ａとなるコイルであり、反力処理用コイルは、マグネットシャフトとの組み合わせで推力定数Ｂとなるコイルであり、制御手段は、ステージ駆動用コイルに与えた指令値のＡ／Ｂ倍の値を指令値として反力処理用コイルに与えることが好ましい。このような構成によれば、各コイルユニットとして、例えば長さの異なるコイルを用いた場合においても、好適に反力処理を実現することができる。その結果、反力処理機構の設計の自由度が増すので、ステージ装置の小型化や低コスト化に有利である。

本発明に係るステージ装置は、請求項１〜４の何れか一項に記載の反力処理機構を備えたことを特徴とする。このステージ装置によれば、本発明に係る反力処理機構を備えているので、ステージ装置における高精度なステージの位置制御が実現され、これによってステージ装置の信頼性の向上が図られる。

本発明に係る半導体検査装置は、請求項５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、本発明に係る反力処理機構を備えているので、高精度なステージの位置制御すなわち高精度な半導体の位置制御が可能となり、半導体検査装置の信頼性の向上が図られる。

本発明によれば、信頼性の向上を図ることができる。

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に示す伝達機構の斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る反力処理機構、その反力処理機構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〜図３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ものである。ステージ装置１は、工場の床面などに立脚する架台２と、架台２上に配置された定盤３と、定盤３上でＸ軸方向に移動する板状のステージ７と、ステージ７の駆動部として機能するステージ駆動用シャフトモータ６と、を備えている。

架台２は、Ｚ軸方向に延在する４本の足部２ａと、各足部２ａの間に掛け渡された４本の梁部材２ｂとを有している。４本の足部２ａの上端には、それぞれ除振ユニット８が固定されており、これらの除振ユニット８上に定盤３が配置されている。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して取り除いている。

定盤３は、４つの除振ユニット８を介して架台２に支持されている。この定盤３は、コの字状をなす厚板の部材であり、その中央に、定盤３を二分割するようにＸ軸方向に延びて、Ｘ軸方向における一端が開放された穴部３ａを有している。この穴部３ａ内には、ステージ駆動用シャフトモータ６のマグネットシャフト（固定子）４が配置されている。

マグネットシャフト４は、Ｘ軸方向に延在するように配置されており、その一端は、穴部３ａに臨むように定盤３に固定されたブロック状の第１のシャフト支持部９に支持されている。また、マグネットシャフト４の他端は、穴部３ａの開放された端を超えて突出しており、後述する反力処理機構２０のカバー部材２１を介して定盤３に連結されたブロック状の第２のシャフト支持部１０に支持されている。

ステージ駆動用シャフトモータ６は、上面にステージ７が固定されたブロック状のステージ駆動用コイルユニット（ステージ駆動用可動子）５を有している。このステージ駆動用コイルユニット５は、Ｘ軸方向に延在する略直方体状のコイルケースと、このコイルケース内に配置された空芯コイルと、を有している。ステージ駆動用コイルユニット５には、空芯コイル中央の空芯部を通るようにＸ軸方向に延在する貫通孔が形成されており、マグネットシャフト４がこの貫通孔すなわち空芯コイルの空芯部内に通されている。

定盤３の上面には、Ｘ軸方向に延在する２本のガイドレール１１Ａが穴部３ａを挟んで設けられている。ステージ７の下面には、２本のガイドレール１１Ａに沿ってそれぞれ滑走する２個のスライダ部１１Ｂが設けられており、ガイドレール１１Ａとスライダ部１１Ｂとは、定盤３上でステージ７をＸ軸方向に案内するためのステージ用ガイド部１１を構成している。

図１，図２及び図５に示すように、定盤３のＸ軸方向における一端には、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反力処理機構２０が設けられている。この反力処理機構２０は、定盤３に固定されたカバー部材２１と、マグネットシャフト４上に配置された反力処理用コイルユニット（反力処理用可動子）２２と、反力処理用コイルユニット２２とカバー部材２１との間に設けられた反力処理用ガイド部２３と、反力処理用コイルユニット２２と架台２とを連結する伝達機構（伝達手段）２４と、を有している。

カバー部材２１は、マグネットシャフト４上で穴部３ａの開放された端の上方を覆うように掛け渡された略アーチ状の部材である。カバー部材２１の一端は、Ｘ軸方向で定盤３上から突出しており、この一端の内側には、定盤３から突出したマグネットシャフト４の端部を支持する第２のシャフト支持部１０が固定されている。

反力処理用コイルユニット２２は、ステージ駆動用コイルユニット５と同じコイル及び同じコイルケースを有している。ステージ駆動用コイルユニット５の貫通孔には、Ｘ軸方向でマグネットシャフト４が挿通されている。反力処理用コイルユニット２２の側面とカバー部材２１の内面との間には、反力処理用コイルユニット２２をＸ軸方向に案内する反力処理用ガイド部２３が設けられている。反力処理用ガイド部２３は、カバー部材２１すなわち定盤３側に設けられ、Ｘ軸方向に延在するガイドレール２３Ａと、反力処理用コイルユニット２２に設けられ、ガイドレール２３Ａ上を滑動するスライド部２３Ｂとから構成されている。

また、反力処理用コイルユニット２２と架台２との間には、反力処理用コイルユニット２２がマグネットシャフト４と協働で定盤３にＸ軸方向の力を加えた際に反力処理用コイルユニット２２に生じる反力を架台２に伝達するための伝達機構２４が設けられている。伝達機構２４は、反力処理用コイルユニット２２に連結された第１のコイルユニット連結部材３０及び第２のコイルユニット連結部材３１と、反力処理用コイルユニット２２の架台２に対するＸ軸方向以外の変位を吸収するための変位機構部（図５，図６の３３）と、架台２に連結された架台連結部材３９と、から構成されている。

第１のコイルユニット連結部材３０は、反力処理用コイルユニット２２の底面に固定された板状の部材である。この第１のコイルユニット連結部材３０の下面には、上下方向に延在する長方形板状の第２のコイルユニット連結部材３１が固定されている。また、第２のコイルユニット連結部材３１の下端には、変位機構部３３が連結されている。この変位機構部３３は、Ｌ字状の架台連結部材３９によって架台２の梁部材２ｂと連結されている。

変位機構部３３は、反力処理用コイルユニット２２のＹ軸方向の変位を吸収する第１のガイド部３２と、反力処理用コイルユニット２２のＺ軸方向の変位を吸収する第３のガイド部３４と、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、反力処理用コイルユニット２２の回転変位を吸収するための球体３７と、第１の伝達部材３５と第２の伝達部材３６とが離間して球体３７が脱落することを防止するための４本の抑え用ボルト３８と、を有している。

第１のガイド部３２と第２のガイド部３３とは、反力処理用ガイド部２３と同様の構成を有している。この変位機構部３３では、反力処理用コイルユニット２２が架台に対してＹ軸方向に変位すると、第１のガイド部３２における第１のスライダ部３２Ｂが第１のガイドレール部３２Ａに対してＹ軸方向に滑動して、反力処理用コイルユニット２２のＹ軸方向の変位が吸収される。同様に、反力処理用コイルユニット２２が架台に対してＺ軸方向に変位すると、第２のガイド部３４における第２のスライダ部３４Ｂが第２のガイドレール部３４Ａに対してＺ軸方向に滑動して、反力処理用コイルユニット２２のＺ軸方向の変位が吸収される。

第１の伝達部材３５及び第２の伝達部材３６は、Ｘ軸方向で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として機能する。

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。

この変位機構部３３では、反力処理用コイルユニット２２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に対して回転し、これによって反力処理用コイルユニット２２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。

一方、この変位機構部３３では、反力処理用コイルユニット２２がＸ軸方向の力を発生させると、第１のガイド部３２、第１の伝達部材３５、球体３７、第２の伝達部材３６、及び第２のガイド部３４を介して、架台２に力が伝わる。

図２に示すように、ステージ駆動用コイルユニット５と反力処理用コイルユニット２２とは、制御装置（制御手段）４０と電気的に接続されている。この制御装置４０は、ステージ駆動用コイルユニット５に電流指令値を送ることにより、マグネットシャフト４に対してステージ駆動用コイルユニット５を駆動させ、ステージ７を移動させる。また、制御装置４０は、反力処理用コイルユニット２２に電流指令値を送ることにより、反力処理用コイルユニット２２を駆動させ、反力処理用コイルユニット２２とマグネットシャフト４との協働で定盤３をＸ軸方向に変位させる力を発生させる。

以上の構成を有するステージ装置１では、制御装置４０が電流指令値によってステージ駆動用コイルユニット５を駆動させることで、ステージ７をＸ軸方向で移動させる力が発生し、その結果ステージ７が所望の位置に移動される。このとき、ステージ７の移動方向と反対の向きの反力が定盤３に加えられる。そこで、制御装置４０は、反力処理用コイルユニット２２を駆動させ、ステージ７の移動方向（ステージ駆動用コイルユニット５がステージ７に加える力の向き）と同じ向き、かつステージ駆動用コイルユニット５がステージ７に加える力と同じ大きさの力を定盤３に加える。この反力処理用コイルユニット２２は、Ｘ軸方向で伝達部材２４を介して架台２に支えられているので、架台２に対して定盤３をＸ軸方向に変位させる力を発生させることができる。従って、このステージ装置１では、ステージ７の移動によって定盤３に加えられた反力を打ち消すことが可能となる。その結果、ステージ装置１における高精度なステージ７の位置制御が実現され、これによってステージ装置１の信頼性の向上が図られる。また、このステージ装置１を半導体検査装置に用いることで、高精度なステージ７の位置制御すなわち高精度な半導体の位置制御が可能となり、半導体検査装置の信頼性の向上が図られる。

また、反力処理機構２０では、反力処理用コイルユニット２２が反力処理用ガイド部２３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、反力処理用コイルユニット２２と定盤３すなわち反力処理用コイルユニット２２とマグネットシャフト４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反力処理用コイルユニット２２の変位は、変位機構部３３によって吸収され、架台２に伝達されない。その結果、反力処理用コイルユニット２２は、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４と一体に変位するので、反力処理用コイルユニット２２とマグネットシャフト４との間に相対変位が生じることを防止することができ、反力処理用コイルユニット２２とマグネットシャフト４との接触防止が図られる。

更に、反力処理機構２０では、ステージ駆動用コイルユニット５と反力処理用コイルユニット２２とがマグネットシャフト４を共有することで、ステージ７の移動によりステージ駆動用コイルユニット５が定盤３に加える反力の方向と反力処理用コイルユニット２２が定盤３に加える力の方向とがマグネットシャフト４の延在方向で一致するので、力の方向にズレが生じることが回避され、これによって反力処理機構２０の信頼性の向上を図ることができる。更に、マグネットシャフト４の共有により部品点数の削減が図られるので、反力処理機構２０の構造の簡素化及び低コスト化が可能となる。

また、この反力処理機構２０では、ステージ７の移動方向と同じ向き、かつステージ駆動用コイルユニット５がステージ７に加える力と同じ大きさの力をマグネットシャフト４すなわち定盤３に加えるように反力処理用コイルユニット２２を駆動させることで、簡単な制御による反力処理が実現されるので、制御装置４０における演算処理量の軽減を図ることができる。このことは、より急なステージ７の加速及び停止に対する反力処理を可能にするので、ステージ装置１の応答性の向上に有利である。

また、ステージ駆動用コイルユニット５及び反力処理用コイルユニット２２は、同じコイル、同じ構成を有しているため、制御手段４０はステージ駆動用コイルユニット５及び反力処理用コイルユニット２２に同一の指令値を与えることで、反力処理を実現できる。このことは、制御装置４０における更なる演算処理量の軽減に寄与する。

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、ステージ駆動用コイルユニット５と反力処理用コイルユニット２２とは、異なる構成を有していてもよい。ここで、ステージ駆動用コイルユニット５がマグネットシャフト４との組み合わせで推力定数Ａとなるコイルを有し、反力処理用コイルユニット２２がマグネットシャフト４との組み合わせで推力定数Ｂとなるコイルであるとする。この場合、制御手段４０は、ステージ駆動用コイルユニット５に与えた電流指令値のＡ／Ｂ倍の値の電流指令値を反力処理用コイルユニット２２に与えることで、同じ大きさの力を定盤３に加えることができ、これによって反力処理が実現される。

このような構成によれば、ステージ駆動用コイルユニット５及び反力処理用コイルユニット２２において、例えば全長（Ｘ軸方向における長さ）の異なるコイルをそれぞれ用いた場合においても、好適に反力処理を実現することができる。その結果、反力処理機構２０の設計の自由度が増すので、ステージ装置１の小型化や低コスト化に有利である。例えば、図１に示すように、定盤３より突出した構成となる反力処理用コイルユニット２２のＸ軸方向の長さを短くすることにより、ステージ装置１の小型化を図ることができる。

また、ステージ装置１として、Ｘ軸方向に移動するステージ７のみを備えたものに限られず、更にＹ軸方向に移動するＹ軸ステージを備えたＸＹステージ装置などにおいても、本発明を好適に適用することができる。

また、反力処理機構２０は、マグネットシャフト４の一方の端にのみ設けられる場合に限られず、マグネットシャフト４の両端に設けられる態様であっても良い。

また、伝達機構２４は、反力処理用コイルユニット２２が定盤３に加えた力の反力を架台２に伝えられるものであればよく、架台２と反力処理用コイルユニット２２との相対変位を吸収する機構を更に備えるものに限られない。また、伝達機構２４は、必ずしも架台２とコイルユニット２６Ｂの間に設けられている必要はなく、例えば床とコイルユニット２６Ｂとの間に設けられていてもよい。この場合、反力処理機構２１の反力は架台２ではなく床に伝達される。

また、反力処理機構２０における各ガイド部は、リニアガイドに限られず、例えば所定の方向にのみ変位可能な板バネや弾性体によって構成され、反力処理用コイルユニット２２を所定の方向に案内する態様であってもよい。

１…ステージ装置、２…架台、３…定盤、４…マグネットシャフト（固定子）、５…ステージ駆動用コイルユニット（ステージ駆動用可動子）、６…ステージ駆動用シャフトモータ、７…ステージ、８…除振ユニット、２０…反力処理機構、２２…反力処理用コイルユニット（反力処理用可動子）、２４…伝達機構（伝達手段）、４０…制御装置（制御手段）。

Claims (6)

1. 架台と、
   除振ユニットを介して前記架台上で支持された定盤と、
   前記定盤上を第１の方向に移動するステージと、
   前記定盤に連結された前記第１の方向に延びるマグネットシャフトと、前記マグネットシャフトが通される貫通孔が形成され、前記ステージに連結されたステージ駆動用コイルユニットと、を有するステージ駆動用シャフトモータと、
   を備えるステージ装置に設けられ、
   前記ステージの移動により前記定盤に加えられる反力を処理するための反力処理機構であって、
   前記ステージ駆動用シャフトモータの前記マグネットシャフトが通される貫通孔が形成され、前記マグネットシャフトとの協働により前記定盤に力を加える反力処理用コイルユニットと、
   前記反力処理用コイルユニットに連結されて、前記反力処理用コイルユニットが前記定盤に加えた力の反力を前記架台に伝達する伝達手段と、
   を備えていることを特徴とする反力処理機構。
2. 前記ステージ駆動用コイルユニットと前記反力処理用コイルユニットとを制御する制御手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記ステージ駆動用コイルユニットが前記ステージに加える力の向きと同じ向き、かつ前記ステージ駆動用コイルユニットが前記ステージに加える力と同じ大きさの力を前記定盤に加えるように前記反力処理用コイルユニットを制御することを特徴とする請求項１に記載の反力処理機構。
3. 前記ステージ駆動用コイルユニット及び前記反力処理用コイルユニットは、同じコイルを有し、
   前記制御手段は、前記ステージ駆動用コイル及び前記反力処理用コイルに同一の指令値を与えることを特徴とする請求項２に記載の反力処理機構。
4. 前記ステージ駆動用コイルは、前記マグネットシャフトとの組み合わせで推力定数Ａとなるコイルであり、
   前記反力処理用コイルは、前記マグネットシャフトとの組み合わせで推力定数Ｂとなるコイルであり、
   前記制御手段は、前記ステージ駆動用コイルに与えた指令値のＡ／Ｂ倍の値を指令値として前記反力処理用コイルに与えることを特徴とする請求項２に記載の反力処理機構。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の反力処理機構を備えたことを特徴とするステージ装置。
6. 請求項５に記載のステージ装置を備えた半導体検査装置。

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