TWI406733B - Stage device and probe device - Google Patents

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TWI406733B
TWI406733B TW098137604A TW98137604A TWI406733B TW I406733 B TWI406733 B TW I406733B TW 098137604 A TW098137604 A TW 098137604A TW 98137604 A TW98137604 A TW 98137604A TW I406733 B TWI406733 B TW I406733B
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TW
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stage device
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TW098137604A
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TW201036752A (en
Inventor
Yasuhito Nakamori
Syunichi Kawachi
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Sumitomo Heavy Industries
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Description

載台裝置及探針裝置
本發明是關於可使工作台部朝垂直方向移動的載台裝置及具備有該載台裝置的探針裝置。
先前的載台裝置，例如已知有專利文獻1所記載的載台裝置。該載台裝置是沿著楔形中對水平面成傾斜的傾斜面使Z移動載台(工作台部)移動，實現Z移動載台垂直方向的移動。
[專利文獻1]
日本特開平9-86888號公報
於此，如上述的載台裝置被要求需更為矮型化，因此，就強烈期望能夠使工作台部的高度位置降低。
於是，本發明就以提供一種能夠使工作台部的高度位置降低的載台裝置及探針裝置為課題。
為了解決上述課題，本發明相關的載台裝置，其特徵為，具備：對底座成可朝垂直方向移動的工作台部；設置在底座，對水平面成傾斜延伸的第1傾斜部；設置在工作台部，對水平面成與第1傾斜部相反側傾斜延伸的第2傾斜部；透過第2傾斜部支撐著工作台部的同時，可沿著第1及第2傾斜部移動的支撐部；及可驅動該支撐部使支撐部沿著第1傾斜部移動的驅動部。
該載台裝置，例如：當使支撐部往上滑行移動在第1傾斜部時，因工作台部是由支撐部支撐著，所以該移動會造成工作台部上昇。
此時，因支撐部對工作台部是成往下滑行移動在第2引導部，所以就工作台部而言，是由支撐部的楔形作用往上推使其上昇。即，藉由支撐部的移動，就可使第1及第2傾斜部彼此合作使工作台部重疊性往垂直方向移動。基於此，例如即使是第1及第2傾斜部的傾斜角度為較小藉此形成扁平構造的載台裝置，還是能夠充分確保工作台部的垂直方向移動量(行程)。其結果，就可使工作台部的高度位置降低。
於此，驅動部是以可對支撐部施加沿著第1傾斜部方向的推力為佳。如此一來，就能夠沿著第1傾斜部簡易移動支撐部。例如：就能夠實現相對於支撐部將驅動手段(滾珠螺桿、線性馬達及空氣致動器)配置成沿著第1傾斜部。不需要推力方向轉換用的轉換手段，因此能夠成為簡便的構成。
此外，驅動部是以可透過容許支撐部垂直方向移動的導件，對支撐部施加沿著第1傾斜部方向以外之方向的推力。於該狀況時，不拘驅動部對支撐部施加推力的方向為何，都能夠使該支撐部沿著第1傾斜部順暢移動。例如：當無法將驅動手段沿著第1傾斜部配置時(基於軌跡或構造上的限制)，利用推力方向轉換用的轉換手段，還是能夠使驅動手段的推力方向轉換成沿著第1傾斜部的方向。由於驅動手段配置的自由度提昇，因此能夠使裝置全體小型化。
另外，第1傾斜部的上端高度位置是以至少在工作台部位於下死點時，比第2傾斜部的下端位置還高為佳。於該狀況時，載台裝置會成為更為扁平構造，能夠使工作台部的高度位置更為降低。即，藉由將第1傾斜部和第2傾斜部形成交叉配置，可維持工作台高度方向的可位移量，同時還可使工作台的高度位置配置在較低位置。
此外，第1傾斜部的傾斜角度和第2傾斜部的傾斜角度是以其絕對值相等為佳。於該狀況時，就能夠使構造上的平衡性良好。
另外，工作台部是以配設在朝水平方向移動的水平工作台部上使用，更能發揮其效果。工作台部為配置在水平工作台部上運用時，以檢測水平工作台部位置來執行工作台部的水平方向定位。於該狀況時，實際想定位的點(定位點)和位置檢測點是有距離，恐怕上述定位會包括誤差(所謂的阿貝誤差)在內。接著，該阿貝誤差是工作台部的位置愈高則愈為顯著。因此，如上述當工作台部配設在朝水平方向移動的水平工作台部上時，使工作台部高度位置降低的上述效果，對於抑制阿貝誤差的點特別有效。
此外，本發明相關的探針裝置是以具備有上述載台裝置為特徵。該探針裝置，也是能夠達到和上述作用效果相同的效果，即，能夠達到使工作台部高度位置降低的作用效果。
根據本發明時，可使工作台部的高度位置降低。
[發明之最佳實施形態]
以下，參照附件圖面對本發明的最佳實施形態進行說明。另，以下說明中對於同一或相當要素是標示同一圖號，省略重複說明。此外「上」、「下」等用語是對應垂直方向的上方、下方。
第1圖是表示本發明一實施形態相關的載台裝置透視圖。如第1圖所示，本實施形態的載台裝置1，例如是做為半導體、液晶、磁暨光記憶裝置等的檢查用或製造用裝置使用。如第1圖所示，載台裝置1是所謂的XYZθ載台，具備X軸機構2、Y軸機構3、Z軸機構10及θ軸機構。
X軸機構2是配設在機床工作台5上，可朝水平方向的一方向即X軸方向移動X軸工作台部6。Y軸機構3是配設在X軸工作台部6上，可朝與上述一方向正交的水平方向即Y軸方向移動Y軸工作台部(水平工作台部)7。Z軸機構10是配設在Y軸工作台部7上，可朝垂直方向即Z軸方向移動Z軸工作台部(工作台部)12。θ軸機構4是配設在Z軸工作台部12上，可朝Z軸周圍旋轉方向即θ軸方向移動θ軸工台部8。此外，載台裝置1具備有可對Y軸工作台部7的Y軸方位置進行檢測的測量尺(未圖示)。
第2圖為表示第1圖載台裝置的Z軸機構透視圖，第3圖為第2圖III-III剖線的剖面圖，第4圖為第2圖IV-IV剖線的剖面圖。另，第2圖至第4圖中，為了方便說明，省略下述罩殼一部份的圖示。
如第2圖所示，Z軸機構10，具備罩殼11(底座：參照第1圖)、Z軸工作台部12及支撐滑塊(支撐部)13，其可使Z軸工作台部12相對於罩殼11成Z軸方向移動。
罩殼11，如第1圖所示，設置固定在Y軸工作台部7(參照第1圖)。該罩殼11，如第3圖所示，設有呈軌道形狀的第1導軌(第1傾斜部)14。第1導軌14是可對相對於罩殼11之支撐滑塊13的移動進行引導的第1引導部，對水平面(於此為X軸方向)成第1傾斜角度θ1的傾斜方向延伸著。
回到第2圖進行說明，罩殼11設有朝Z軸方向延伸可對Z軸工作台部12的Z軸方向移動進行引導(限制X、Y軸方向的移動)之Z軸導件15其固定部構成用的固定軌道15a。
Z軸工作台部12，具有本體16和支撐台17。本體16，其外形為大致長方體形，配置在第1導軌14上。此外，在本體16側面交叉形成的角部，設有朝Z軸方向延伸做為Z軸導件15活動部的構成，可滑動卡合於罩殼11之固定軌道15a的活動軌道15b。藉此，使本體16構成為可沿著Z軸導件15移動在第1導軌14上。
該本體16的下面，如第2圖、第4圖所示，設有呈軌道形狀的一對第2導軌(第2傾斜部)18、18。該等第2導軌18、18是可對相對於本體16之支撐滑塊13的移動進行引導的第2導件部，形成為彼此平行，並且對水平面(於此為X軸方向)成第2傾斜角度θ2的傾斜方向延伸著。該第2導軌18延伸方向的長度是設定成和第1導軌14延伸方向的長度相等。
該第2傾斜角度θ2是對X軸方向成與第1傾斜角度θ1相反側傾斜。即，第2導軌18是對X軸方向成與第1導軌14相反側傾斜延伸著。於此，使第1及第2傾斜角度θ1、θ2的絕對值為彼此相等。即，第1及第2傾斜角度θ1、θ2形成為可滿足下述(1)式。
θ1=-θ2　…(1)
此外，第2導軌18，從上方看是和罩殼11的第1導軌14平行。該第2導軌18，如第5(a)圖所示，構成為當Z軸工作台部12位於下死點(Z軸方向移動範圍的下限位置)時，從Y軸方向與第1導軌14形成交叉。即，當Z軸工作台部12位於下死點時，第1導軌14的上端14a的高度位置是形成比第2導軌18的下端18b的高度位置還高。於此，將Z軸工作台部12位於下死點時第1及第2導軌14、18的上端14a、18a及下端14b、18b的高度位置形成為彼此相等。
另外，如第3圖、第4圖所示，於本體16的下面在第2導軌18、18間，形成有可避免本體16和沿著第1導軌14移動的支撐滑塊13接觸的溝槽19。
支撐台17是可安裝支撐著θ軸機構4的θ軸工作台部8(參照第1圖)。該支撐台17，其外形為大致圓柱形，設置在本體16的上面。
支撐滑塊13，具有：設置在其下方側的第1引導片13a；及設置在其側方側的一對第2引導片13b、13b。第1引導片13a是可滑動卡合於罩殼11的第1導軌14。第2引導片13b、13b是可分別滑動卡合於Z軸工作台12的第2導軌18、18的同時，可透過第2導軌18、18使Z軸工作台12支撐在Z軸方向。藉此，使支撐滑塊13可沿著第1導軌14移動的同時，隨著該移動可使支撐滑塊13對Z軸工作台部12成沿著第2導軌18移動。即，支撐滑塊13是構成可沿著導軌14、18移動。
該支撐滑塊13，如第3圖所示，安裝有由馬達20旋轉驅動的滾珠螺桿(驅動部)21。該滾珠螺桿21是螺合於支撐滑塊13的同時，延伸成與第1導軌14平行。並且，滾珠螺桿21是經由支撐件22固定在罩殼11。藉此，以馬達20旋轉滾珠螺桿21，就能夠對支撐滑塊13施加沿著第1導軌14方向的推力，使支撐滑塊13沿著第1導軌14移動。
其次，參照第5圖的同時對上述Z軸機構10的動作進行說明。另，第5圖中，為了方便說明，省略罩殼11一部份的圖示。
如以上所述構成的Z軸機構10，當要使Z軸工作台部12上昇(相對於罩殼11)時，需執行下述動作。即，如第5(a)圖所示，例如於Z軸工作台12位於下死點的狀態下，由馬達20使滾珠螺桿21朝一方向旋轉。藉此，如第5(b)圖所示，使支撐滑塊13往上滑行移動在第1導軌14。另外，此時，因支撐滑塊13是一邊支撐著Z軸工作台12的第2導軌18一邊移動，所以第2導軌18是朝高度方向上昇(相對地，支撐滑塊13是往下滑行移動在第2滑軌)。利用該動作，使第2導軌18所連結的Z軸工作台部12沿著Z軸導件15上昇。
因此，Z軸工作台部12是只以第1導軌14傾斜及第2導軌18傾斜之高度方向成份的和，由楔形作用使其朝Z軸方向上昇。
接著，當由馬達20使滾珠螺桿21持續朝一方向旋轉時，如第5(c)圖所示，支撐滑塊13及第2導軌18會上昇，Z軸工作台12是移動至最高位置。
另一方面，當要使Z軸工作台部12下降(相對於罩殼11)時，需執行下述動作。即，由馬達20使滾珠螺桿21朝另一方向旋轉，使支撐滑塊13往下滑行移動在第1導軌14。
此時，支撐滑塊13會以支撐著第2導軌18的狀態，對Z軸工作台部12成往上滑行移動在第2導軌18(相對地，第2導軌18是朝高度方向下降)。利用該動作，使第2導軌所連結的Z軸工作台部12沿著Z軸導件15下降。
因此，Z軸工作台部12是只以第1導軌14的傾斜及第2導軌18的傾斜之高度方向成份的和，由楔形作用使其朝Z軸方向下降。
如上述，Z軸機構10是藉由支撐滑塊13的移動，讓第1及第2導軌14、18彼此合作，使Z軸工作台部12以重疊性上昇或下降。
因此，根據本實施形態時，例如即使是將第1或第2導軌14、18的第1或第2傾斜角度θ1、θ2為較小藉此形成扁平構造，還是能夠充分確保Z軸工作台部12的Z軸方向移動量。其結果是可使Z軸工作台部12的高度位置降低(矮化)，特別是可使Z軸工作台部12在下死點的高度位置降低。因此，例如與Z軸工作台部12高度位置相同的先前載台裝置相比，本實施形態能夠使Z軸方向的移動量變大。
此外，即使第1及第2導軌14、18的長度較短時，還是能夠充分確保Z軸工作台部12的Z軸方向移動量，因此也能夠使水平方向的尺寸變小。如此一來，例如與具有相同長度導軌的先前載台裝置相比，本實施形態能夠使Z軸方向的移動量變大。
另外，本實施形態，如以上所述，由滾珠螺桿21將沿著第1導軌14方向的推力施加在支撐滑塊13。因此，將滾珠螺桿21活動地安裝在支撐滑塊13以容許支撐滑塊13之Z軸方向移動的需求就變少。其結果，不需要轉換手段，因此能夠使載台裝置1的構造簡化。
此外，本實施形態，如以上所述，至少Z軸工作台部12位於下死點時，第1導軌14的上端14a的高度位置是形成比第2導軌18的下端18b的高度位置還高(形成交叉著)。因此，就可使Z軸機構10成為更扁平構造，能夠使Z軸工作台部12高度位置更為降低(更為矮化)。
另外，本實施形態，如以上所述，使第1及第2傾斜角度θ1、θ2的絕對值相等，因此就能夠使載台裝置1構造上的平衡性良好，能夠達到穩定性。再加上，如上述，當第1及第2傾斜角度θ1、θ2的絕對值相等時，則Z軸工作台部12位於下死點時，第1及第2導軌14、18的上端14a、18a及下端14b、18b的高度位置就能夠相等[參照第5(a)圖]。因此，就可使Z軸機構10成為更扁平構造，能夠使Z軸工作台部12高度位置更加降低(更加矮化)。
此外，本實施形態，如以上所述，是將Z軸工作台部12配設在Y軸工作台部7上，以測量尺檢測Y軸工作台7的位置來執行θ軸工作台部8的Y軸方向定位。如上述當定位點和位置檢測點有距離時，視狀況而定，有時該定位會包括誤差(所謂的阿貝誤差)在內。接著，該阿貝誤差是Z軸工作台部12的高度位置愈高，則會因定位點和位置檢測點有距離就愈為顯著。針對該點，本實施形態，因能夠達到使Z軸工作台部12高度位置降低(矮化)的上述效果，因此還能夠抑制阿貝誤差。
以上，針對本發明的最佳實施形態進行了說明，但本發明並不限於上述實施形態。例如：上述實施形態是將第1及第2引導部為導軌14、18，但如以下說明，也可將第1及第2引導部為傾斜面即坡道(滑坡面)。
第6圖、第7圖是表示本發明另一例相關的載台裝置圖。如第6圖所示，該另一例相關的載台裝置30，具備：對應上述Z軸工作台部12的上楔形件31；對應上述支撐滑塊13的中楔形件32；對應上述罩殼11的下楔形件33及基板34；及對應上述滾珠螺桿21的滾珠螺桿35。
上楔形件31，相對於中楔形件32是透過對應上述第2導軌18的滑坡面31a、32a支撐成可滑動。中楔形件32，相對於下楔形件33是透過對應上述第1導軌14的滑坡面32b、33a支撐成可滑動。下楔形件33是固定在基板34。
滾珠螺桿35是延伸在X軸方向的同時透過馬達20固定在基板34，對中楔形件32施加X軸方向(水平方向)的推力。此外，在滾珠螺桿35和中楔形件35的連接部份，為了不妨礙中楔形件32的Z軸方向移動使滾珠螺桿35和中楔形件32可朝Z軸方向移動(容許Z軸方向的移動)，設有Z軸引導部(導件)36(參照第7圖)。即，滾珠螺桿35和中楔形件32的力點是構成可朝垂直方向變化。
另，對於滾珠螺桿21、35的推力方向，並不限於上述說明。即，只要能夠使支撐滑塊13可沿著第1導軌14移動，即使是沿著第1導軌14方向以外的方向亦可，只要能夠使中楔形件32可沿著滑坡面32b、33a移動，即使是沿著滑坡面32b、33a方向以外的方向亦可。形成為上述構成時，因可使驅動手段的配置自由度提昇，所以就能夠執行載台機構及使用該載台機構之裝置的最佳配置，能夠使裝置小型化。
此外，上述電施形態是將載台裝置1為XYZθ載台，但也可以是XYZ載台，又可以是XZθ(YZθ)載台。另外，載台裝置1也可以是XZ(YZ)載台，又可以是Z載台。此外，本發明也可構成為具備有載台裝置1之各種的探針裝置。
另外，上述實施形態是由滾珠螺桿21使支撐滑塊13移動，但也可使用其他的各種驅動手段。此外，上述實施形態設有1個第1導軌14的同時設有一對(2個)第2導軌18，但也可設有2個以上的第1導軌14，並也可設有1個或3個以上的第2導軌18。
附帶說明，做為第1及第2傾斜部的導軌14、18，例如也可以是非接觸型的引導機構，簡單地說，只要第1及第2傾斜部是構成可使支撐部(支撐滑塊13)透過第2傾斜部支撐著工作台部(Z軸工作台部12)，並且可沿著第1及第2傾斜部使支撐部移動即可。
1．．．載台裝置
7．．．Y軸工作台部(水平工作台部)
11．．．罩殼(底座)
12．．．Z軸工作台部(工作台部)
13．．．支撐滑塊(支撐部)
14．．．第1導軌(第1傾斜部)
14a．．．第1導軌的下端
18．．．第2導軌(第2傾斜部)
18b．．．第2導軌的下端
21．．．滾珠螺桿(驅動部)
36．．．Z軸引導部(導件)
θ1．．．第1傾斜角度
θ2．．．第2傾斜角度
第1圖為表示本發明一實施形態相關的載台裝置透視圖。
第2圖為表示第1圖載台裝置的Z軸機構透視圖。
第3圖為第2圖III-III剖線的剖面圖。
第4圖為第2圖IV-IV剖線的剖面圖。
第5(a)圖為第1圖載台裝置的動作說明用剖面圖，第5(b)圖為表示持續第5(a)圖動作的剖面圖，第5(c)圖為表示持續第5(b)圖動作的剖面圖。
第6圖為表示本發明另一例相關的載台裝置透視圖。
第7圖為第6圖VII-VII剖線的剖面圖。
10．．．Z軸機構
11．．．罩殼(底座)
12．．．Z軸工作台部(工作台部)
13．．．支撐滑塊(支撐部)
13a．．．第1引導片
13b．．．第2引導片
14．．．第1導軌(第1傾斜部)
15．．．Z軸導件
15a．．．固定軌道
15b．．．活動軌道
16．．．本體
17．．．支撐台
18．．．第2導軌(第2傾斜部)
20．．．馬達
21．．．滾珠螺桿(驅動部)
22．．．支撐件

Claims (8)

  1. 一種載台裝置，其特徵為，具備：對底座成可朝垂直方向移動的工作台部；設置在上述底座，對水平面成傾斜延伸的第1傾斜部；設置在上述工作台部，對水平面成朝上述第1傾斜部相反側傾斜延伸的第2傾斜部；透過上述第2傾斜部支撐著上述工作台部的同時，可沿著上述第1及第2傾斜部移動的支撐部；及驅動上述支撐部使該支撐部沿著上述第1傾斜部移動的驅動部。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的載台裝置，其中，上述驅動部是對上述支撐部施加沿著第1傾斜部方向的推力。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載的載台裝置，其中，上述驅動部是透過容許上述支撐部垂直方向移動的導件，對上述支撐部施加沿著第1傾斜部方向以外之方向的推力。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載的載台裝置，其中，上述驅動部是透過容許上述支撐部垂直方向移動的導件，對上述支撐部施加沿著第1傾斜部方向以外之方向的推力。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載的載台裝置，其中，上述第1傾斜部的上端高度位置，至少 在上述工作台部位於下死點時，比上述第2傾斜部的下端高度位置還高。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載的載台裝置，其中，上述第1傾斜部的傾斜角度和上述第2傾斜部的傾斜角度，其絕對值為彼此相等。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載的載台裝置，其中，上述工作台部是配設在朝水平方向移動的水平工作台部上。
  8. 一種探針裝置，其特徵為，具備有申請專利範圍第1項至第7項任一項所記載的載台裝置。
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