JPH0795103B2 - 移動ステ−ジ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、特定方向に移動可能に支持されたステージ
部材の特定方向位置の微調整をピエゾ素子を用いて行う
移動ステージ機構に関する。

［従来の技術］ ある半導体ウエハの異物検査装置においては、半導体ウ
エブを水平方向に移動させながら、または回転させつつ
水平方向に移動させながら、その表面をレーザビームで
走査し、その散乱光に基づき半導体ウエハの表面の異物
を検出する。

この走査移動のために用いられている移動ステージ機構
は、水平移動または回転水平移動だけでなく、レーザビ
ーム照射系および散乱光観測系の焦点を半導体ウエハ表
面に合わせるために、ステージ部材の垂直方向位置も調
整できるようになっている。

このような垂直方向位置の調整は、粗調整と微調整とに
分けて行われている。具体的には、モータを駆動源とし
て、垂直方向にねじ送りされる可動部材と、ステージ部
材との間にピエゾ素子を介在させ、その可動部材の移動
によってステージ部材の垂直方向位置の粗調整を行い、
走査中においてはピエゾ素子によって垂直方向位置の高
速微調整を行うようになっている。

そして、このような従来の第１の移動ステージ機構にお
いては、ピエゾ素子をステージ部材および粗調整用可動
部材の両方に直接的に固定している。

また、従来の第２の移動ステージ機構においては、粗調
整用可動部材に固定したピエゾ素子の上面に滑り面体を
固定し、ステージ部材側の球面穴に受けた球体を滑り面
体に当接させている。

［解決しようとする問題点］ さて、前記のような移動ステージ機構において、粗調整
用可動部材は、垂直方向の送りの際に、送りねじのガタ
による傾きが生じる。

しかるに、前記第１の従来機構においては、その傾きに
よる力がピエゾ素子にそのまま加わり、しかもピエゾ素
子は垂直移動ステージ部材に直接固定されているため、
ピエゾ素子に曲げ応力が発生する結果、ピエゾ素子の破
壊が起こりやすい。また、ステージ部材は垂直方向に移
動可能にベアリングによって支持されているが、ベアリ
ングとの間に微小ではあるが少間があるので、ピエゾ素
子を介して加わる曲げ力によって、ステージ部材が傾く
という問題がある。

他方、前記第２の従来機構においては、ピエゾ素子のス
テージ部材に拘束されずに傾くことができる。したがっ
て、粗調整用可動部材が傾いても、ピエゾ素子に大きな
曲げ応力が発生せず、ピエゾ素子の破壊を防止できる。

しかし、可動部材と一緒にピエゾ素子が傾くと、滑り面
体と球体との当接位置が移動し、ステージ部材に対する
押し上げ力の作用点がセンタから外れる結果、ステージ
部材の傾きが生じるという問題がある。また、球体は滑
り面体に当接しているだけであるから、ステージ部材を
急激に引き下げるようにピエゾ素子または可動部材を駆
動した場合に、ステージ部材の応答が遅れるという問題
点がある。

［発明の目的］ したがって、この発明の目的は、そのような従来機構に
おける問題点であった、ピエゾ素子の破壊およびステー
ジ部材の傾きと応答遅れを防止した移動ステージ機構を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明にあっては、特定
方向に移動可能に支持されかつ特定方向に垂直な面の傾
斜が実質的に拘束されたステージ部材にその特定方向位
置の微調整用のピエゾ素子を固定し、ステージ部材の特
定方向位置の粗調整用可動部材および前記ピエゾ素子に
長手方向に剛性を有する長さの１本のワイヤの各端をそ
れぞれ固着し、このワイヤを介してピエゾ素子および定
方向位置粗調整用可動部材を相互に機械的に結合する。

［作用］ このような構成であるから、特定方向位置粗調整用の可
動部材を例えばねじ送りし、その送りの際に可動部材に
傾きが生じても、その傾きはワイヤの撓みによって吸収
される。したがって、ピエゾ素子に大きな曲げ応力は発
生せず、ピエゾ素子の破壊は防止される。

すなわち、可動部材の端部とピエゾ素子の端部とがワイ
ヤで結合されているので、可動部材の端部の面とピエゾ
素子の端部の面とが点結合されることになる。そこで、
可動部材が傾斜してその端部の面が傾いたとしてもピエ
ゾ素子の端部の結合点に加わる力は傾斜させる力とはな
らない。可動部材を傾斜させている力とピエゾ素子に加
わる力とのずれ力は、ワイヤを撓ませる力となり、ワイ
ヤで吸収されることになる。

また、このようにワイヤの撓みにより粗調整用可動部材
の傾きによる曲げ力が吸収されるとともに、ピエゾ素子
に対するワイヤの固着位置、つまりピエゾ素子に対する
特定方向の力の作用点は移動しないため、粗調整用可動
部材の傾きによってステージ部材が傾くことがない。

さらに、前記第２の従来機構と違って、粗調整性可動部
材およびピエゾ素子は長手方向に剛性を有するワイヤに
よって結合され、さらにピエゾ素子はステージ部材に固
定されるから、前記第２の従来機構におけるようなステ
ージ部材の応答遅れの問題も解消する。

［実施例］ 以下、図面を参照し、この発明の一実施例について説明
する。

第１図は、この発明による移動ステージ機構の要部を構
造を示す概略断面図である。この図に示す移動ステージ
機構は、例えば前述のような異物検査装置において、半
導体ウエハを水平方向および垂直方向に移動させるため
に用いられる。

10は半導体ウエハなどを負圧吸着などによって保持する
ためのチャック板であり、Ｚステージ部材12の上部に固
定されている。

Ｚステージ部材12は、円筒状部材14の内部に、ベアリン
グ16を介して垂直方向（Ｚ方向）に移動可能に支承され
ている。この円筒状部材14は、図示しない水平方向ステ
ージ部材に取り付けられており、図示の構造全体が水平
方向にも移動できるようになっている。しかし、この実
施例においては、Ｚステージ部材12に直接関連する部分
にこの発明が実施されているので、その部分についてだ
け以下詳細に説明する。

Ｚステージ部材12の底面に、円板形の積層型ピエゾ素子
18が固定されている。このピエゾ素子18は、後に詳細に
説明するように、Ｚステージ部材12の垂直方向位置の微
調整のために設けられている。このピエゾ素子18は、図
示しない駆動回路によって電圧を印加され、その電圧の
値および極性に応じて厚みが変化する。

ピエゾ素子18の下面中央位置に、固着部材20によってワ
イヤ22の上端が固着されている。このワイヤ22は長手方
向の剛性が大きな材質のものであり、例えばピアノ線で
ある。

ワイヤ22の下端は、パイプ部材24の下端部に固着されて
いる。このパイプ部材24は、後述のように、Ｚステージ
部材12の垂直方向位置の粗調整用の可動部材である。

このパイプ部材24は、円筒状の送りねじ部材26の内部に
ベアリング28を介して回転可能に支承されている。な
お、パイプ部材24は送りねじ部材26に対して、垂直方向
には移動不可能となっている。

送りねじ部材26のねじ部26aは、ナット部材30に螺合し
ている。このナット部材30は、円筒状部材14に固定され
たブラケット32に固定されている。

34は歯車であり、これはブラケット32にベアリング36を
介して回転可能に支承されている。この歯車34の底面
に、ばね円板38の外周部が固着されている。このばね円
板38の中央部に、送りねじ部材26の下面が固着されてい
る。したがって、送りねじ部材26は歯車34と一緒に回転
し、あるストローク範囲について上下移動が可能であ
る。

40は粗調整駆動用モータであり、その回転軸42には歯車
34と噛合する歯車44が固着されている。この歯車44と歯
車34によって、モータ回転軸42の回転は減速され、ばね
円板38を介して送りねじ部材26に伝達される。

なお、円筒状部材14と一体的に、Ｚステージ部材12の回
転角度および傾きを調整するための手段も設けられてい
るが、図中省略されている。

次に、この移動ステージ機構におけるＺステージ部材12
の位置調整について説明する。

モータ40をある向きに回転させると、その回転に従って
送りねじ部材26はある向きに回転し、送りねじ部材26お
よびパイプ部材24は上昇しまたは下降する。この垂直移
動はワイヤ22を介してピエゾ素子18およびＺステージ部
材12に伝達され、Ｚステージ部材12は上昇しまたは下降
する。Ｚステージ部材12が所定の高さ位置に達すると、
モータ40が停止させられる。このようにして、Ｚステー
ジ部材12の垂直位置の粗調整がなされる。

Ｚステージ部材12の垂直方向位置の微調整は、ピエゾ素
子18の厚みを変化させることによってなされる。

さて、前記粗調整の際、送りねじ部材26のねじ部26aと
ナット部材30のねじ部30aとのガタにより、送りねじ部
材26および、それに支承されたパイプ部材24に多少の傾
きが生じることがある。しかし、この傾きはワイヤ22の
撓みによって吸収されるため、ピエゾ素子18に大きな曲
げ応力は発生せず、ピエゾ素子18の破壊は起こらない。

また、このようにワイヤ22の撓みにより粗調整用可動部
材としてのパイプ部材24の傾きによる曲げ力が吸収され
るとともに、ピエゾ素子18に対するワイヤ22の固着位
置、つまりピエゾ素子18に対する押し上げ力または引き
下げ力の作用点は移動せず、常にセンタに固定されるた
め、パイプ部材24の傾きによってＺステージ部材12が傾
くことがない。

さらに、ピエゾ素子18はＺステージ部材12に固定され、
結合用のワイヤ22の各端はピエゾ素子18およびパイプ部
材24にそれぞれ固着されており、しかもワイヤ22はピア
ノ線のような長手方向に剛性を有するものであるから、
パイプ部材24の急激な移動またはピエゾ素子18の急激な
厚み変化にＺステージ部材12は直ちに追従して移動す
る。

したがって、前記第２の従来機構のような応答遅れの問
題は解消し、Ｚステージ部材12の高速位置調整が可能で
ある。

ところで、この実施例について具体例的な数値を挙げれ
ば、第１図の実施例は、実際の装置のほぼ倍寸であっ
て、ワイヤ22は、例えば、0.5mmから1mmφ程度の径のピ
アノ線を使用し、その長さは十数mmから二十数mm程度の
ものである。また、このとき、移動テーブルのＺステー
ジ12の重さは2kg程度のものである。

以上、一実施例について説明したが、この発明はそれだ
けに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で様々に変形して実施し得るものである。

また、ここまでは半導体ウエハの異物検査装置に用いら
れる移動ステージ機構を例にして説明したが、この発明
は、それ以外の用途に用いられる移動ステージ機構にも
同様に適用できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、特定方向に移動可能
に支持されたステージ部材にその特定方向位置の微調整
用のピエゾ素子を固定し、ステージ部材の特定方向位置
の粗調整用可動部材および前記ピエゾ素子に長手方向に
剛性に有するワイヤの各端をそれぞれ固着し、このワイ
ヤを介してピエゾ素子および定方向位置粗調整用可動部
材を相互に機械的に結合する構成であるから、粗調整用
可動部材の傾きが生じても、ピエゾ素子の破壊およびス
テージ部材の傾きが起こらず、またステージ部材の高速
位置調整が可能な移動ステージ機構が実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による移動ステージ機構の一実施例
の要部構成を簡略化して示す概略断面図である。 12……Ｚステージ部材、18……微調整用ピエゾ素子、22
……ワイヤ、24……パイプ部材（粗調整用可動部材）、
26……送りねじ部材、34,44……歯車、40……粗調整駆
動用モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特定方向に移動可能に支持されかつ特定方
   向に垂直な面の傾斜が実質的に拘束されたステージ部材
   にその特定方向位置の微調整用のピエゾ素子を固定し、
   前記ステージ部材の特定方向位置の粗調整用の可動部材
   および前記ピエゾ素子に各端をそれぞれ固着した長手方
   向に剛性を有する長さの１本のワイヤにより前記ピエゾ
   素子および前記可動部材を相互に機械的に結合してなる
   ことを特徴とする移動ステージ機構。