WO2011111100A1 - 空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法および測定装置 - Google Patents

空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法および測定装置 Download PDF

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linear guide
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直居薫
石崎洋一
井内達人
関口孝一
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黒田精工株式会社
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C29/02—Sliding-contact bearings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
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    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness

Definitions

  • the present invention relates to a pneumatic linear guide type parallel slider device, a control method therefor, and a measuring device, and more specifically, a parallel slider in which two sliders are provided in parallel to each other so as to be movable by a pneumatic linear guide.
  • the present invention relates to an apparatus, a control method thereof, and a measuring apparatus using the parallel slider device.
  • a measuring device that measures the flatness (thickness unevenness) of the front and back surfaces of a large-diameter and thin disk (object to be measured) such as a silicon wafer having a diameter of 300 mm, the object to be measured along a predetermined plane, for example, on a vertical surface
  • a support body that is supported along the first and second guide rails that are arranged in parallel with each other along the plane on both sides of the front surface and the back surface of the support;
  • Each of the first and second guide rails has a first slider and a second slider which are individually movable in the longitudinal direction of the rail, and the front surface (surface) of the object to be measured is provided on the first slider.
  • the first measuring means (displacement meter) for measuring the distance to the measurement object is attached
  • the second measuring means (displacement meter) for measuring the distance to the back surface (back surface) of the object to be measured is attached to the second slider.
  • the first measuring means (displacement meter) for measuring the distance to the measurement object is attached
  • the second measuring means (displacement meter) for measuring the distance to the back surface (back surface) of the object to be measured
  • the linear guide that guides the movement of the first and second sliders in the longitudinal direction of the rails relative to the first and second guide rails of the first and second sliders on which the measuring means is mounted has high accuracy and straightness.
  • pneumatic linear guides with hydrostatic bearing structures are used.
  • Such a slider mechanism is called an air slide mechanism.
  • the guide rail can be set at a position close to the height position where the front and back surfaces of the measured object such as a silicon wafer are scanned. And the distance in the height direction of the displacement meter can be shortened.
  • each slider since the air slide mechanism is arranged independently on both the front side and the back side of the support, each slider must be driven individually in synchronization with each other. There is a possibility that the measurement position of the object to be measured by the displacement meter may be shifted on the front and back sides due to uneven feeding in the moving direction of the slider. It is feared that this causes an error in measuring the thickness of the object to be measured. Further, even if there is an error in the parallelism of the parallel two-axis air slide mechanisms arranged independently, an error is caused in the measurement of the thickness of the object to be measured.
  • the two-axis sliders are mechanically connected to each other in order to eliminate the deviation of the measurement position due to uneven feeding and to ensure parallelism. It has been.
  • the guide rails that make up the air slide mechanism arranged independently on the two axes have slight straightness errors and rolling direction errors.
  • the sliders that move on the two guide rails arranged in parallel each move so that the two sliders are synchronized with each other in the direction of movement even if the straightness error of this guide rail is very small.
  • the relative distance slightly changes in the direction orthogonal to the moving direction.
  • the problem to be solved by the present invention is that when two sliders are mechanically connected in the above-described pneumatic linear guide type parallel slider device, that is, a parallel air slide mechanism, the mechanical rigidity of the connecting portion of the slider And the air bearing rigidity (slider support rigidity) of the air slide mechanism influence each other to reduce the reproducibility of the parallelism, thereby ensuring a highly accurate reproducibility of the parallelism.
  • the pneumatic linear guide type parallel slider device is movable in the rail longitudinal direction to the first guide rail and the second guide rail which are arranged in parallel to each other, and to each of the first and second guide rails.
  • a first pneumatic linear guide and a second pneumatic linear guide each having an air gap between each guide rail and each slider.
  • the first slider and the second slider are mechanically connected to each other, and the slider support rigidity of the first pneumatic linear guide and the slider support rigidity of the second pneumatic linear guide are Are different from each other.
  • the slider support rigidity of the pneumatic linear guide is determined by changing the size of the air gap, the shape of the air pocket for static pressure, the diameter of the air ejection port, and the pressure receiving area of the slider, thereby changing the first pneumatic linear guide and the second pneumatic linear guide. And can be different.
  • the pneumatic linear guide type parallel slider device control method includes a first guide rail and a second guide rail arranged in parallel to each other, and a rail longitudinal direction in each of the first and second guide rails.
  • a first pneumatic linear guide and a second pneumatic linear guide each having an air gap between each guide rail and each slider.
  • a control method for a parallel slider device configured, wherein the first slider and the second slider are mechanically coupled to each other, wherein the air pressure supplied to the first pneumatic linear guide and the second Air pressure control is performed to vary the air pressure supplied to the air pressure linear guide.
  • the measuring apparatus includes the parallel slider apparatus according to the above-described invention, wherein a support body that supports an object to be measured is disposed between the first guide rail and the second guide rail, A first measuring means for measuring the distance to one surface of the object to be measured is attached to one slider, and a second distance to measure the distance to the other surface of the object to be measured is attached to the second slider. Measuring means are attached.
  • the slider support rigidity of the first pneumatic linear guide and the slider support rigidity of the second pneumatic linear guide are different from each other, so The straight error is stably absorbed on the side where the slider support rigidity, that is, the air bearing rigidity is low.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • the pneumatic circuit diagram of the pneumatic control used for implementation of the parallel slider apparatus of the pneumatic linear guide system by this embodiment, and its control method.
  • the pneumatic circuit diagram of the pneumatic control which shows the parallel slider apparatus of the pneumatic linear guide system by other embodiment.
  • a support 12 is disposed on the horizontal upper surface of the base 10.
  • the support 12 supports a disk-shaped silicon wafer W that is an object to be measured.
  • the support 12 is fixedly mounted on the base 10 and is fixed to the fixed base 14 so as to be rotatable. And an annular rotator 16.
  • the annular rotator 16 is supported by a stationary base 14 around a horizontal central axis extending in the front-rear direction by a static pressure air bearing (not shown).
  • a plurality of support arms 20 having rollers 18 at their tips are provided at equal intervals in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the annular rotating body 16.
  • the annular rotating body 16 supports the silicon wafer W along the vertical plane in the annular space by the support arm 20 in a state where the roller 18 is engaged with an outer peripheral groove (not shown) of the silicon wafer W. If a more detailed description of the support structure of the silicon wafer W is necessary, refer to Japanese Patent No. 4132503.
  • the support 12 incorporates a brushless DC motor having a fixed base 14 as a stator member and an annular rotating body 16 as a rotor.
  • This brushless DC motor drives the annular rotator 16 to rotate.
  • Left and right end brackets 30 and 32 are attached to the upper surface of the base 10.
  • the left and right end brackets 30 and 32 are arranged on the left and right sides of the support 12, and the left and right end portions of the front guide rail (first guide rail) 40 and the rear guide rail (second guide rail) 42 are arranged on the upper part. Each is fixedly supported.
  • the front guide rail 40 is a straight rail (straight) having an I-shaped cross-sectional shape having protruding portions (flange portions) 40A and 40B in the vertical direction (see FIG. 3).
  • the front surface of the support 12 extends horizontally in the left-right direction while being fixedly connected to the upper portions of the brackets 30, 32 and bridged between the left and right end brackets 30, 32.
  • the rear guide rail 42 is a straight rail (straight) having an I-shaped cross section having protruding portions 42A and 42B in the vertical direction, and the left and right end portions are fixed to the upper portions of the left and right end brackets 30 and 32, respectively.
  • the back side of the support 12 extends horizontally in the left-right direction.
  • the front guide rail 40 and the rear guide rail 42 described above are located at the same height and extend in parallel to each other.
  • front guide rail 40 and the rear guide rail 42 are connected to each other at the upper left and right ends by reinforcing connection plates 34 and 36.
  • a front slider (first slider) 44 is provided on the front guide rail 40 so as to be movable in the left-right direction, which is the rail longitudinal direction.
  • the front slider 44 is configured as a rectangular cylinder surrounding the outer periphery of the front guide rail 40 by four rectangular plate members 44A to 44D.
  • a first air gap G1 (see FIG. 5) is set in between, and air ejection ports 46 opened toward the opposing surfaces are formed in the rectangular plate members 44A to 44D of the front slider 44, respectively. (See FIG. 3).
  • Compressed air adjusted to the first pressure P1 by the first pressure regulator 102 is supplied from the compressed air source 100 to the air ejection port 46 (see FIG. 5).
  • a first pneumatic linear guide 48 of a hydrostatic bearing type is formed between the front guide rail 40 and the front slider 44.
  • the linear movement of the front slider 44 along the rail longitudinal direction of the front guide rail 40 is guided by the first pneumatic linear guide 48 in a non-contact state with respect to the front guide rail 40.
  • a rear slider (second slider) 50 is provided on the rear guide rail 42 so as to be movable in the left-right direction which is the rail longitudinal direction.
  • the rear slider 50 is formed into a rectangular cylinder surrounding the outer periphery of the rear guide rail 42 by four rectangular plate members 50A to 50D.
  • a second air gap G2 (see FIG. 5) is set between the two surfaces, and air ejection ports 52 opened toward the opposing surfaces are formed in the rectangular plate members 50A to 50D of the rear slider 50, respectively. (See FIG. 3).
  • a second pneumatic linear guide 54 of a hydrostatic bearing type is configured between the rear guide rail 42 and the rear slider 50. The linear movement of the rear slider 50 along the rail longitudinal direction of the rear guide rail 42 is guided by the second pneumatic linear guide 54 in a non-contact state with respect to the rear guide rail 42.
  • FIGS. 3 and 5 the air gaps of the first and second pneumatic linear guides 48 and 54 are shown exaggerated larger than actual.
  • Connecting base members 56 and 58 are fixedly attached to the lower bottoms of the front slider 44 and the rear slider 50, respectively.
  • the front and rear ends of the connecting round bars 60, 62 are fixed to the left and right sides of each of the connecting base members 56, 58 by V blocks 68, 70 fixed to the connecting base members 56, 58 by fastening bolts 64, 66. (See FIG. 4). Accordingly, the front slider 44 and the rear slider 50 are mechanically and rigidly connected to the same left-right direction position (scanning direction position) and the same front-rear direction position.
  • This mechanical connection is performed by holding the connecting round bars 60, 62 by the V blocks 68, 70 and pressing the connecting round bars 60, 62 against the left and right surfaces (planes) of the connecting base members 56, 58. Therefore, it is performed with high lateral accuracy.
  • a stator member 74 of a front linear servo motor 72 is fixedly mounted by a bracket 76 at a front position of the front guide rail 40 of the base 10.
  • the stator member 74 is long in the left-right direction and extends in parallel with the front guide rail 40.
  • a movable member 78 of the front linear servo motor 72 is attached to the front slider 44. As a result, the front slider 44 is driven in the left-right direction by the front linear servo motor 72.
  • the stator member 82 of the rear linear servo motor 80 is fixedly attached to the rear position of the rear guide rail 42 of the base 10 by a bracket 84.
  • the stator member 82 is long in the left-right direction and extends in parallel with the rear guide rail 42.
  • a movable member 86 of a rear linear servo motor 80 is attached to the rear slider 50. As a result, the rear slider 50 is driven in the left-right direction by the rear linear servo motor 80.
  • the front slider 44 and the rear slider 50 are driven by the individual front linear servo motor 72 and the rear linear servo motor 80.
  • the left and right sides of the front slider 44 and the rear slider 50 are respectively arranged between the front guide rail 40 and the front slider 44 and between the rear guide rail 42 and the rear slider 50.
  • a linear scale for detecting the actual position of the direction movement is provided.
  • the position control of the front slider 44 and the rear slider 50 by the front linear servo motor 72 and the rear linear servo motor 80 is performed based on the actual positions of the front slider 44 and the rear slider 50 detected by the linear scale (not shown).
  • the feedback compensation information is synchronized in such a manner that the front side slider 44 and the rear side slider 50 have the same lateral movement position (scanning position) under the same position command by a feedback control system independent of each other in a fully closed manner. Is called.
  • a fine motion table device 90 having a table 88 movable in the front-rear direction is mounted on the front slider 44.
  • a displacement meter 92 is mounted on the table 88.
  • the displacement meter 92 is a non-contact type, such as a capacitance displacement meter, and is disposed at a height that passes through the center of the silicon wafer W that is an object to be measured attached to the annular rotating body 16. Measure the distance to the surface of W.
  • a fine movement table device 96 having a table 94 movable in the front-rear direction is mounted on the rear slider 50.
  • a displacement meter 98 is mounted on the table 94.
  • the displacement meter 98 is also a non-contact type, such as a capacitance displacement meter, and is disposed at a height that passes through the center of the silicon wafer W that is the object to be measured attached to the annular rotating body 16. Measure the distance to the back side of W.
  • the flatness of the silicon wafer W is measured by moving the front slider 44 and the rear slider 50 in the left-right direction while the silicon wafer W is rotated by the annular rotator 16, and the displacement gauges 92 and 98 are changed in diameter. This is done by measuring the distance from the scanning position of the displacement meters 92, 98 to the front and back surfaces of the silicon wafer W by the displacement meters 92, 98 while scanning in a direction transverse to the direction.
  • the size of the second air gap G2 of the second pneumatic linear guide 54 is the same as that of the first pneumatic linear guide 48, as well shown in FIG. It is larger than the air gap G1.
  • the set pressure of the first pressure regulator 102 and the set pressure of the second pressure regulator 104 are the same, and the supply air pressure of the first pneumatic linear guide 48 and the second pneumatic linear guide 54
  • the supply air pressure may be the same pressure.
  • the slider support rigidity of the second pneumatic linear guide 54 is lower than the slider support rigidity of the first pneumatic linear guide 48 by an amount larger than the air gap G1.
  • the front and rear sliders 44 and 50 that move on the two front and rear guide rails 40 and 42 arranged in parallel to each other are perpendicular to the moving direction (if the guide rails 40 and 42 have a straightness error) (
  • the relative distance in the front-back direction will fluctuate.
  • the first air gap G1 of the first pneumatic linear guide 48 changes because the slider support rigidity of the second pneumatic linear guide 54 is lower than the slider support rigidity of the first pneumatic linear guide 48.
  • the second air gap G2 of the second pneumatic linear guide 54 changes, and the absorption of the straight error due to the air gap change is stably performed on the side where the slider support rigidity is low.
  • the stability of the relative distance between the front slider 44 and the rear slider 50 that are mechanically coupled is improved, and the flatness measurement and thickness measurement of the silicon wafer W are performed by the straight error component of the guide rails 40 and 42. It is performed with high accuracy without including.
  • the supplied air pressure may be different between the first pneumatic linear guide 48 and the second pneumatic linear guide 54.
  • the set pressure of the first pressure regulator 102 and the set pressure of the second pressure regulator 104 are set to different values, and the second pressure P2 that is the supply air pressure of the second air pressure linear guide 54 is What is necessary is just to make it slightly lower than the 1st pressure P1 which is the supply air pressure of the 1st pneumatic linear guide 48.
  • the size of the first air gap G1 of the first pneumatic linear guide 48 and the size of the second air gap G2 of the second pneumatic linear guide 54 may be the same.
  • the stability of the relative distance between the front slider 44 and the rear slider 50 that are mechanically coupled is improved, and the flatness measurement and thickness measurement of the silicon wafer W are performed by the straight error component of the guide rails 40 and 42. It is performed with high accuracy without including.
  • the first pressure regulator 102 and the second pressure regulator 104 are arranged in parallel. However, as indicated by the phantom line in FIG. 5, the first pressure having the higher set pressure is used.
  • the regulator 102 may be arranged in series with the second pressure regulator 104 closer to the compressed air source 100 than the second pressure regulator 104 on the lower side.
  • the supply air pressure may be different between the first pneumatic linear guide 48 and the second pneumatic linear guide 54.
  • the control of the supply air pressure is performed by the first pressure regulator 102 and the second pressure regulator 104 arranged in parallel, or the first pressure regulator 102 having the higher set pressure is controlled by the first pressure regulator 102 on the lower side.
  • the second pressure regulator 104 may be arranged in series with the second pressure regulator 104 on the compressed air source 100 side from the second pressure regulator 104.
  • the bearing rigidity of the pneumatic linear guide is the shape of the air pocket for static pressure, the diameter (inner diameter) of the air ejection port that supplies air pressure to the air gap, Since it depends on the pressure receiving area of the slider, the first pneumatic linear guide 48 and the second pneumatic linear guide 54 can also be set to have different slider support rigidity by these settings.
  • the rear area of the second pneumatic linear guide 54 is determined from the opening area A1 with respect to the air gap of the static pressure air pocket 47 formed in the front slider 44 of the first pneumatic linear guide 48.
  • the opening area A2 with respect to the air gap of the static pressure air pocket 53 formed in the side slider 50 is large.
  • the second air diameter D1 of the air ejection port 46 formed in the front slider 44 for supplying air pressure to the air gap of the first air pressure linear guide 48 is
  • the diameter D2 of the air ejection port 52 formed in the rear slider 50 for supplying air pressure to the air gap of the air pressure linear guide 54 is large.
  • the pressure receiving area of the first pneumatic linear guide 48 in the front slider 44 and the pressure receiving area of the second pneumatic linear guide 54 in the rear slider 50 are the left-right direction (movement direction) of the front slider 44 and the rear slider 50 itself. By changing the dimensions, the areas can be different, and the smaller the pressure receiving area, the lower the slider support rigidity.
  • the pneumatic linear guide having different slider support rigidity can be similarly applied to a porous type air bearing.

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Abstract

【課題】空気圧リニアガイドによる並列スライダ装置において、二つのスライダを機械的に連結した場合に、スライダの連結部分の機械的剛性とエアスライド機構のエア軸受剛性とが互いに影響を及ぼしあって平行度の再現性が低下することを排除し、高精度な平行度再現性を保証すること。 【解決手段】第１の空気圧リニアガイド（４８）と第２の空気圧リニアガイド（５４）とでエアギャップの大きさや供給空気圧を相違させることにより、スライダ支持剛性（エア軸受剛性）に差を生じさせ、エアギャップ変化による真値誤差の吸収が、エア軸受剛性が低い側において安定して行われるようにする。

Description

空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法および測定装置
　本発明は、空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法および測定装置に関し、更に詳細には、互い平行に二本のガイドレールに各々スライダが空気圧リニアガイドによって移動可能に設けられた並列スライダ装置およびその制御方法およびその並列スライダ装置を用いられた測定装置に関する。
　直径３００ｍｍのシリコンウェーハ等、大口径で薄い円盤（被測定物）の表裏面の平坦度（厚さむら）を測定する測定装置として、被測定物を所定の平面に沿って、例えば垂直面に沿って支持する支持体と、前記支持体の前面側と背面側の両側に各々前記平面に沿って互いに平行に配置された直線状の第１のガイドレールおよび第２のガイドレールと、前記第１および第２のガイドレールの各々にレール長手方向に個別に移動可能に設けられた第１のスライダおよび第２のスライダとを有し、前記第１のスライダに前記被測定物の前面（表面）までの距離を測定する第１の測定手段（変位計）が取り付けられ、前記第２のスライダに前記被測定物の背面（裏面）までの距離を測定する第２の測定手段（変位計）が取り付けられたものが知られている（例えば、特許文献１）。
　測定手段を搭載している第１および第２のスライダの第１および第２のガイドレールに対する第１および第２のスライダのレール長手方向の移動を案内するリニアガイドは、高精度な直進性を保証するために、各々、静圧軸受構造による空気圧リニアガイドが用いられている。このようなスライダ機構はエアスライド機構と呼ばれている。
　上述の構成による測定装置では、被測定物を支持する支持体の前面側と背面側の両側に各々独立してエアスライド機構を配置する必要があるが、ガイドレールの高さ位置を、変位計がシリコンウェーハ等の被測定物の表裏面を走査する高さ位置に近い位置に設定するすることができ、ガイドレールが支持体の下方に配置されているような場合に比して、ガイドレールと変位計との高さ方向の離間距離を短くすることができる。
　このことにより、ガイドレールに対するスライダの移動軸線周りの変位に起因するローリング方向誤差が、ガイドレールと変位計との高さ方向の離間距離に比例して誤差が大きくなることが排除され、表裏面の独立した平坦度測定を高精度に行えるようになる。
日本国特許庁公開特許（特開平１１－３５１８６７号）公報
　しかしながら、この場合には、支持体の前面側と背面側の両側に独立してエアスライド機構を配置していることから、それぞれのスライダを互いに同期させて個別に駆動しなくてはならず、スライダの移動方向に送りむらによって変位計による被測定物の測定位置に表裏でずれを生じる虞がある。このことに起因して被測定物の厚さ測定に誤差を引き起すことが懸念される。また、独立に配置された並列２軸のエアスライド機構の平行度に誤差があっても、被測定物の厚さ測定に誤差を引き起することになる。
　このことに対して、送りむらによる測定位置のずれを排除し、かつ平行度を確保するために、２軸のスライダを互いに機械的に連結することが、本願出願人と同一の出願人によって考えられている。
　しかし、２軸独立に配置したエアスライド機構を構成するガイドレールは、わずかながら真直誤差やローリング方向誤差を有する。平行に配置された２本のガイドレール上を各々移動するスライダは、このガイドレールの真直誤差がごく僅かであっても、二つのスライダが移動方向の位置を互いに合わせて同期するように移動した場合、この移動方向と直交する方向に相対距離が僅かながら変化することになる。
　このような状況において、前述のように２軸のスライダを互いに機械的に連結した場合には、連結部分の機械的剛性が高いほど、上記の相対距離の誤差を解消しようとする一方で、スライドは、一定のエア軸受剛性にて全面拘束されているために、これら機械的結合部の剛性とエア軸受剛性とが相互に干渉し合うこととなり、結果として上記の相対距離を一定に保つ目的に対し、不安定な要素となってしまう。
　このため、二つのスライダを連結した場合には、この連結部分の機械的剛性とエアスライド機構のエア軸受剛性（空気圧リニアガイドによるスライダの支持剛性）とが互いに影響を及ぼしあって平行度の再現性を低下させる懸念がある。
　この発明が解決しようとする課題は、上述のような空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置、つまり並列エアスライド機構において、二つのスライダを機械的に連結した場合に、スライダの連結部分の機械的剛性とエアスライド機構のエア軸受剛性（スライダ支持剛性）とが互いに影響を及ぼしあって平行度の再現性が低下することを排除し、高精度な平行度再現性を保証することである。
　この発明による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置は、互いに平行に配置された第１のガイドレールおよび第２のガイドレールと、前記第１および第２のガイドレールの各々にレール長手方向に移動可能に設けられた第１のスライダおよび第２のスライダとを有し、各ガイドレールと各スライダとの間にエアギャップを有する第１の空気圧リニアガイドと第２の空気圧リニアガイドとが構成されている並列スライダ装置であって、前記第１のスライダと前記第２のスライダとが互いに機械的に連結され、第１の空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性と第２の空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性とが互いに相違している。
　空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性は、エアギャップの大きさ、静圧用エアポケットの形状、空気噴出ポートの口径、スライダの受圧面積を変えることにより、第１の空気圧リニアガイドと第２の空気圧リニアガイドとで相違させることができる。
　この発明による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置の制御方法は、互いに平行に配置された第１のガイドレールおよび第２のガイドレールと、前記第１および第２のガイドレールの各々にレール長手方向に移動可能に設けられた第１のスライダおよび第２のスライダとを有し、各ガイドレールと各スライダとの間にエアギャップを有する第１の空気圧リニアガイドと第２の空気圧リニアガイドとが構成され、前記第１のスライダと前記第２のスライダとが互いに機械的に連結されている並列スライダ装置の制御方法であって、前記第１の空気圧リニアガイドに供給する空気圧と前記第２の空気圧リニアガイドに供給する空気圧を相違させる空気圧制御を行う。
　この発明による測定装置は、上述の発明による並列スライダ装置を有し、前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間に、被測定物を支持する支持体が配置され、前記第１のスライダに前記被測定物の一方の面までの距離を測定する第１の測定手段が取り付けられ、前記第２のスライダに前記被測定物の他方の面までの距離を測定する第２の測定手段が取り付けられている。
　この発明による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置によれば、第１の空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性と第２の空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性とが互いに相違していることにより、エアギャップ変化による真直誤差の吸収が、スライダ支持剛性、つまりエア軸受剛性が低い側において安定して行われるようになる。
　これにより、スライダの連結部分の機械的剛性とエア軸受剛性とが互いに影響を及ぼし合って平行度の再現性が低下することが排除され、高精度な平行度再現性が保証される。
この発明による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置を用いられたウェーハ平坦度測定装置の一つの実施形態を示す斜視図。 本実施形態によるウェーハ平坦度測定装置の正面図。 図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿った断面図。 本実施形態による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置の前後スライダ連結機構部分の斜視図。 本実施形態による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置およびその制御方法の実施に用いられる空気圧制御の空気圧回路図。 他の実施形態による空気圧リニアガイド方式の並列スライダ装置を示す空気圧制御の空気圧回路図。
　この発明に係る好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。なお、以下の添付図面を参照した説明において用いられる前後、上下、左右の方向は、各添付図面に表記された方向とする。
　図１、図２に示されているように、基台１０の水平な上面には支持体１２が配置されている。支持体１２は、被測定物である円盤状のシリコンウェーハＷを支持するものであり、基台１０上に固定装着されたドーム形状の固定台１４と、固定台１４に回転可能に取り付けられた円環回転体１６とを有する。
　円環回転体１６は静圧式のエアベアリング（図示省略）によって前後方向に延在する水平な中心軸線周りに固定台１４より回転可能に支持されている。円環回転体１６の内周部には、先端にコロ１８を有する複数個の支持アーム２０が周方向に等間隔に設けられている。円環回転体１６は、コロ１８がシリコンウェーハＷの外周溝（図示省略）に係合する状態で、支持アーム２０によってシリコンウェーハＷを円環状空間内に垂直面に沿って支持する。なお、このシリコンウェーハＷの支持構造について、より詳細な説明が必要ならば、特許第４１３２５０３号公報を参照されたい。
　図には示されていないが、支持体１２には、固定台１４をステータ部材、円環回転体１６をロータとするブラシレスＤＣモータが組み込まれている。このブラシレスＤＣモータは円環回転体１６を回転駆動する。
　基台１０の上面には左右のエンドブラケット３０、３２が取り付けられている。左右のエンドブラケット３０、３２は、支持体１２の左右両側に配置され、上部に前側ガイドレール（第１のガイドレール）４０と後側ガイドレール（第２のガイドレール）４２の左右両端部を各々固定支持している。
　換言すると、前側ガイドレール４０は、上下に迫り出し部（フランジ部）４０Ａ、４０Ｂを有するＩ形横断面形状の直線レール（真直）であり（図３参照）、左右の端部を左右のエンドブラケット３０、３２の上部に固定連結され、左右のエンドブラケット３０、３２間に橋渡しされた状態で、支持体１２の前面側を左右方向に水平に延在している。
　同様に、後側ガイドレール４２は、上下に迫り出し部４２Ａ、４２Ｂを有するＩ形横断面形状の直線レール（真直）であり、左右の端部を左右のエンドブラケット３０、３２の上部に固定連結され、左右のエンドブラケット３０、３２間に橋渡しされた状態で、支持体１２の背面側を左右方向に水平に延在している。
　上述の前側ガイドレール４０と後側ガイドレール４２とは、同一高さ位置にあって互い平行に延在している。
　また、前側ガイドレール４０と後側ガイドレール４２は、左右両端の上部を補強連結板３４、３６によって互い連結されている。
　前側ガイドレール４０には前側スライダ（第１のスライダ）４４がレール長手方向である左右方向に移動可能に設けられている。前側スライダ４４は、４枚の矩形板材４４Ａ～４４Ｄにより、前側ガイドレール４０の外周を取り囲む四角筒体に構成されている。
　前側スライダ４４の矩形板材４４Ａ～４４Ｄの各々の内面と、これに対向する前側ガイドレール４０の上側の迫り出し部４０Ａの上面及び前後両面と下側の迫り出し部４０Ｂの下底面及び前後両面との間には、各々、第１のエアギャップＧ１（図５参照）が設定され、前側スライダ４４の矩形板材４４Ａ～４４Ｄには各々対向面に向けて開口した空気噴出ポート４６が形成されている（図３参照）。
　空気噴出ポート４６には、圧縮空気源１００より第１のプレッシャレギュレータ１０２によって第１の圧力Ｐ１に調圧された圧縮空気が供給される（図５参照）。これにより、前側ガイドレール４０と前側スライダ４４との間に静圧軸受式の第１の空気圧リニアガイド４８が構成される。前側ガイドレール４０のレール長手方向に沿った前側スライダ４４の直線移動は、第１の空気圧リニアガイド４８によって前側ガイドレール４０に対して非接触状態で案内される。
　同様に、後側ガイドレール４２には後側スライダ（第２のスライダ）５０がレール長手方向である左右方向に移動可能に設けられている。後側スライダ５０は、４枚の矩形板材５０Ａ～５０Ｄにより、後側ガイドレール４２の外周を取り囲む四角筒体に構成されている。
　後側スライダ５０の矩形板材５０Ａ～５０Ｄの各々の内面と、これに対向する後側ガイドレール４２の上側の迫り出し部４２Ａの上面及び前後両面と下側の迫り出し部４２Ｂの下底面及び前後両面との間には、各々、第２のエアギャップＧ２（図５参照）が設定され、後側スライダ５０の矩形板材５０Ａ～５０Ｄには各々対向面に向けて開口した空気噴出ポート５２が形成されている（図３参照）。
　空気噴出ポート５２には、圧縮空気源１００より第２のプレッシャレギュレータ１０４によって第２の圧力Ｐ２に調圧された圧縮空気が供給される（図５参照）。これにより、後側ガイドレール４２と後側スライダ５０との間に静圧軸受式の第２の空気圧リニアガイド５４が構成される。後側ガイドレール４２のレール長手方向に沿った後側スライダ５０の直線移動は、第２の空気圧リニアガイド５４によって後側ガイドレール４２に対して非接触状態で案内される。
　なお、図３、図５では、第１、第２の空気圧リニアガイド４８、５４のエアギャップは、実際より大きく誇張して図示されている。
　前側スライダ４４と後側スライダ５０の各々の下底部には連結用ベース部材５６、５８が固定装着されている。連結用ベース部材５６、５８の各々の左右両面には、連結丸棒６０、６２の前後両端部が締結ボルト６４、６６によって連結用ベース部材５６、５８に固定されたＶブロック６８、７０によって固定されている（図４参照）。これにより、前側スライダ４４と後側スライダ５０とが互いに同一の左右方向位置（走査方向位置）および同一の前後方向位置に、機械的に剛固に連結される。
　この機械的な連結は、Ｖブロック６８、７０によって連結丸棒６０、６２を保持して連結丸棒６０、６２を連結用ベース部材５６、５８の各々の左右両面（平面）に押し付けることにより行われているので、高い左右方向位置精度をもって行われることになる。
　基台１０の前側ガイドレール４０の前側位置には前側リニアサーボモータ７２の固定子部材７４がブラケット７６によって固定装着されている。固定子部材７４は、左右方向に長く、前側ガイドレール４０と平行に延在している。前側スライダ４４には前側リニアサーボモータ７２の可動子部材７８が取り付けられている。これにより、前側スライダ４４は前側リニアサーボモータ７２によって左右方向に駆動される。
　基台１０の後側ガイドレール４２の後側位置には後側リニアサーボモータ８０の固定子部材８２がブラケット８４によって固定装着されている。固定子部材８２は、左右方向に長く、後側ガイドレール４２と平行に延在している。後側スライダ５０には後側リニアサーボモータ８０の可動子部材８６が取り付けられている。これにより、後側スライダ５０は後側リニアサーボモータ８０によって左右方向に駆動される。
　このようにして、前側スライダ４４と後側スライダ５０は、個別の前側リニアサーボモータ７２、後側リニアサーボモータ８０により駆動される。図には示されていないが、前側ガイドレール４０と前側スライダ４４との間と、後側ガイドレール４２と後側スライダ５０との間には、各々、前側スライダ４４、後側スライダ５０の左右方向移動の実位置を検出するリニアスケールが設けられている。
　前側リニアサーボモータ７２、後側リニアサーボモータ８０による前側スライダ４４、後側スライダ５０の位置制御は、前述のリニアスケール（図示省略）より検出される前側スライダ４４、後側スライダ５０の実位置をフィードバック補償情報としてフルクローズ方式で、互いに独立したフィードバック制御系によって、同一位置指令のもとに前側スライダ４４と後側スライダ５０の左右方向移動位置（走査位置）が同じなるように同期して行われる。
　前側スライダ４４上には前後方向に移動可能なテーブル８８を備えた微動テーブル装置９０が取り付けられている。テーブル８８には変位計９２が搭載されている。変位計９２は、静電容量式変位計等、非接触式のものであり、円環回転体１６に取り付けられた被測定物であるシリコンウェーハＷの中心を通る高さに配置され、シリコンウェーハＷの表面までの距離を測定する。
　同様に、後側スライダ５０上には前後方向に移動可能なテーブル９４を備えた微動テーブル装置９６が取り付けられている。テーブル９４には変位計９８が搭載されている。変位計９８も、静電容量式変位計等、非接触式のものであり、円環回転体１６に取り付けられた被測定物であるシリコンウェーハＷの中心を通る高さに配置され、シリコンウェーハＷの裏面までの距離を測定する。
　シリコンウェーハＷの平坦度測定は、円環回転体１６によってシリコンウェーハＷを回転させた状態で、前側スライダ４４、後側スライダ５０の左右方向移動によって変位計９２、９８を、シリコンウェーハＷを直径方向に横切る方向に走査移動しながら変位計９２、９８によって変位計９２、９８の走査位置からシリコンウェーハＷの表面、裏面までの距離を測定することにより行われる。
　本実施形態に重要なことは、図５によく示されているように、第２の空気圧リニアガイド５４の第２のエアギャップＧ２の大きさは、第１の空気圧リニアガイド４８の第１のエアギャップＧ１より大きいことである。なお、本実施形態では、第１のプレッシャレギュレータ１０２の設定圧と第２のプレッシャレギュレータ１０４の設定圧とが同じで、第１の空気圧リニアガイド４８の供給空気圧と第２の空気圧リニアガイド５４の供給空気圧とが同一圧であってよい。
　このエアギャップの大きさの相違により、第１の空気圧リニアガイド４８と第２の空気圧リニアガイド５４とでスライダ支持剛性（エア軸受剛性）に差が生じ、第２のエアギャップＧ２が第１のエアギャップＧ１より大きい分、第２の空気圧リニアガイド５４のスライダ支持剛性が第１の空気圧リニアガイド４８のスライダ支持剛性より低くなる。
　互いに平行に配置された前後２本のガイドレール４０、４２上を各々移動する前側と後側のスライダ４４、５０は、ガイドレール４０、４２に真直誤差があると、移動方向と直交する方向（前後方向）の相対距離が変動することになる。相対距離が変動すると、第２の空気圧リニアガイド５４のスライダ支持剛性が第１の空気圧リニアガイド４８のスライダ支持剛性より低いことにより、第１の空気圧リニアガイド４８の第１のエアギャップＧ１は変化することなく、第２の空気圧リニアガイド５４の第２のエアギャップＧ２が変化し、エアギャップ変化による真直誤差の吸収が、スライダ支持剛性が低い側において安定して行われるようになる。
　これにより、前側スライダ４４と後側スライダ５０の相対距離変動が生じることが回避され、両スライダ４４、５０の相互連結部分の機械的剛性とスライダ支持剛性とが互いに影響を及ぼし合って両スライダ４４、５０の平行度の再現性が低下することが排除され、高精度な平行度再現性が保証される。
　この結果、機械的結合されている前側スライダ４４と後側スライダ５０との相対距離の安定度が向上し、シリコンウェーハＷの平坦度測定、厚さ測定が、ガイドレール４０、４２の真直誤差成分を含むことなく、高精度に行われるようになる。
　他の実施形態として、第１の空気圧リニアガイド４８と第２の空気圧リニアガイド５４とで供給空気圧が相違していてもよい。この実施形態では、第１のプレッシャレギュレータ１０２の設定圧と第２のプレッシャレギュレータ１０４の設定圧とを違った値にし、第２の空気圧リニアガイド５４の供給空気圧である第２の圧力Ｐ２を、第１の空気圧リニアガイド４８の供給空気圧である第１の圧力Ｐ１より少し低くすればよい。なお、この実施形態では、第１の空気圧リニアガイド４８の第１のエアギャップＧ１の大きさと第２の空気圧リニアガイド５４の第２のエアギャップＧ２の大きさは同じであってよい。
　この供給空気圧の相違により、第１の空気圧リニアガイド４８と第２の空気圧リニアガイド５４とでスライダ支持剛性（エア軸受剛性）に差が生じ、第２の圧力Ｐ２が第１の圧力Ｐ１より低い分、第２の空気圧リニアガイド５４のスライダ支持剛性が第１の空気圧リニアガイド４８のスライダ支持剛性より低くなる。
　これにより、この実施形態でも、前側スライダ４４と後側スライダ５０の相対距離変動が生じることが回避され、両スライダ４４、５０の相互連結部分の機械的剛性とスライダ支持剛性とが互いに影響を及ぼし合って両スライダ４４、５０の平行度の再現性が低下することが排除され、高精度な平行度再現性が保証される。
　この結果、機械的結合されている前側スライダ４４と後側スライダ５０との相対距離の安定度が向上し、シリコンウェーハＷの平坦度測定、厚さ測定が、ガイドレール４０、４２の真直誤差成分を含むことなく、高精度に行われるようになる。
　上述の実施形態では、第１のプレッシャレギュレータ１０２と第２のプレッシャレギュレータ１０４とは並列配置であるが、図５に仮想線によって示されているように、設定圧が高いほうの第１のプレッシャレギュレータ１０２を、低い側の第２のプレッシャレギュレータ１０４より圧縮空気源１００側に、第２のプレッシャレギュレータ１０４と直列に配置してもよい。
　なお、必要に応じて、第１の空気圧リニアガイド４８の第１のエアギャップＧ１の大きさと第２の空気圧リニアガイド５４の第２のエアギャップＧ２の大きさとを相違させることに加えて、第１の空気圧リニアガイド４８と第２の空気圧リニアガイド５４とで供給空気圧を相違させてもよい。この場合も、供給空気圧の制御は、並列配置の第１のプレッシャレギュレータ１０２と第２のプレッシャレギュレータ１０４とによって行うことも、設定圧が高いほうの第１のプレッシャレギュレータ１０２を、低い側の第２のプレッシャレギュレータ１０４より圧縮空気源１００側に、第２のプレッシャレギュレータ１０４と直列に配置して行うこともできる。
　空気圧リニアガイドの軸受剛性、つまりスライダ支持剛性は、エアギャップの大きさ、供給空気圧の圧力値以外に、静圧用エアポケットの形状、エアギャップに空気圧を供給する空気噴出ポートの口径（内径）、スライダの受圧面積によっても決まるから、これらの設定によっても、第１の空気圧リニアガイド４８と第２の空気圧リニアガイド５４とでスライダ支持剛性を異なったものに設定することもできる。
　図６に示されている実施例では、第１の空気圧リニアガイド４８の前側スライダ４４に形成されている静圧用エアポケット４７のエアギャップに対する開口面積Ａ１より、第２の空気圧リニアガイド５４の後側スライダ５０に形成されている静圧用エアポケット５３のエアギャップに対する開口面積Ａ２が大きい。
　また、図６に示されている実施例では、第１の空気圧リニアガイド４８のエアギャップに空気圧を供給するために前側スライダ４４に形成されている空気噴出ポート４６の口径Ｄ１より、第２の空気圧リニアガイド５４のエアギャップに空気圧を供給するために後側スライダ５０に形成されている空気噴出ポート５２の口径Ｄ２が大きい。
　前側スライダ４４における第１の空気圧リニアガイド４８の受圧面積と、後側スライダ５０における第２の空気圧リニアガイド５４の受圧面積とは、前側スライダ４４、後側スライダ５０自体の左右方向（移動方向）の寸法を変えることにより、異なった面積とすることができ、受圧面積が小さいほうがスライダ支持剛性が低い。
　なお、上述したように、スライダ支持剛性が異なる空気圧リニアガイドは、多孔質タイプのエアーベアリングによるものにも、同様に適用することができる。
　以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

Claims (9)

  1. 　互いに平行に配置された第１のガイドレールおよび第２のガイドレールと、前記第１および第２のガイドレールの各々にレール長手方向に移動可能に設けられた第１のスライダおよび第２のスライダとを有し、各ガイドレールと各スライダとの間にエアギャップを有する第１の空気圧リニアガイドと第２の空気圧リニアガイドとが構成されている並列スライダ装置であって、
    　前記第１のスライダと前記第２のスライダとが互いに機械的に連結され、
    　第１の空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性と第２の空気圧リニアガイドのスライダ支持剛性とが互いに相違している並列スライダ装置。
  2. 　前記第１のスライダと前記第１のガイドレールとの間のエアギャップの大きさと前記第２のスライダと前記第２のガイドレールとの間のエアギャップの大きさとが互いに相違している請求項１に記載の並列スライダ装置。
  3. 　前記第１の空気圧リニアガイドと前記第２の空気圧リニアガイドとで供給空気圧が相違している請求項１に記載の並列スライダ装置。
  4. 　前記第１の空気圧リニアガイドに供給する空気圧を第１の値に設定する第１の空気圧設定手段と、
    　前記第２の空気圧リニアガイドに供給する空気圧を前記第１の値とは異なった第２の値に設定する第２の空気圧設定手段とを有する請求項３に記載の並列スライダ装置。
  5. 　前記第１の空気圧リニアガイドと前記第２の空気圧リニアガイドには各々静圧用エアポケットが形成されており、前記第１の空気圧リニアガイドの前記静圧用エアポケットの形状と前記第２の空気圧リニアガイドの前記静圧用エアポケットの形状が互いに相違している請求項１に記載の並列スライダ装置。
  6. 　前記第１の空気圧リニアガイドのエアギャップに空気圧を供給する空気噴出ポートの口径と前記第２の空気圧リニアガイドのエアギャップに空気圧を供給する空気噴出ポートの口径とが互いに相違している請求項１に記載の並列スライダ装置。
  7. 　前記第１のスライダにおける前記第１の空気圧リニアガイドの受圧面積と前記第２のスライダにおける第２の空気圧リニアガイドのの受圧面積とが互いに相違している請求項１に記載の並列スライダ装置。
  8. 　互いに平行に配置された第１のガイドレールおよび第２のガイドレールと、前記第１および第２のガイドレールの各々にレール長手方向に移動可能に設けられた第１のスライダおよび第２のスライダとを有し、各ガイドレールと各スライダとの間にエアギャップを有する第１の空気圧リニアガイドと第２の空気圧リニアガイドとが構成され、前記第１のスライダと前記第２のスライダとが互いに機械的に連結されている並列スライダ装置の制御方法であって、
    　前記第１の空気圧リニアガイドに供給する空気圧と前記第２の空気圧リニアガイドに供給する空気圧を相違させる空気圧制御を行う並列スライダ装置の制御方法。
  9. 　請求項１から７の何れか一項に記載の並列スライダ装置を有し、
    　前記第１のガイドレールと前記第２のガイドレールとの間に、被測定物を支持する支持体が配置され、
    　前記第１のスライダに前記被測定物の一方の面までの距離を測定する第１の測定手段が取り付けられ、前記第２のスライダに前記被測定物の他方の面までの距離を測定する第２の測定手段が取り付けられている測定装置。
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