JP2008014855A - Stage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば各種の製造、検査等で用いられる傾き調整用のステージ装置に関する。 The present invention relates to a stage device for tilt adjustment used, for example, in various manufacturing and inspections.
例えば、半導体シリコンウエハの平面度や平行度及び厚さのバラツキを測定するために、干渉計が用いられることがある。しかるに、測定対象となる半導体シリコンウエハの各寸法を精度良く測定するには、干渉計の検査光を、測定対象の表面に所定の角度で精度良く照射する必要がある。従って、測定対象を精度良く傾けるために、ステージ装置が使用されている。特許文献1は、かかる用途に用いられる従来技術のステージ装置を開示している。
ここで、特許文献1の技術によれば、偏心軸により傾斜ロッドを突き上げて、その丸い先端でステージ下面の球面座を押し上げることにより、ステージの傾きを調整するようになっている。しかるに、傾斜ロッドとステージとの当接位置は、ステージの傾斜に応じて変化するのに対して、傾斜ロッドは球面座に係合したままであるため、ステージを傾斜させるために傾斜ロッドで突き上げたときに、ステージの変形や変位を招く恐れがあり、ステージに載置した測定対象を高精度に測定できない恐れがある。 Here, according to the technique of Patent Document 1, the tilt of the stage is adjusted by pushing up the tilting rod with the eccentric shaft and pushing up the spherical seat on the lower surface of the stage with its round tip. However, while the contact position between the tilt rod and the stage changes according to the tilt of the stage, the tilt rod remains engaged with the spherical seat, so that the tilt rod is pushed up to tilt the stage. In this case, the stage may be deformed or displaced, and the measurement object placed on the stage may not be measured with high accuracy.
そこで本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ステージの変形や変位を抑制しつつ、高精度に傾斜できるステージ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a stage device that can be tilted with high accuracy while suppressing deformation and displacement of the stage.
上述の目的を達成するために、本発明のステージ装置は、
ステージと、
前記ステージを支持する支持部材と、
前記支持部材に取り付けられた3つの球面座と、
前記球面座の少なくとも一つを、前記ステージの面に交差する方向に駆動する駆動手段とを有し、
前記支持部材は、前記球面座に連結された相対変位部と、前記ステージに連結された支持部と、前記相対変位部と前記支持部とを連結する連結部とを含み、前記連結部の前記ステージの面に沿った方向における剛性は、前記ステージの面に直交する方向における剛性よりも低いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the stage apparatus of the present invention includes:
Stage,
A support member for supporting the stage;
Three spherical seats attached to the support member;
Drive means for driving at least one of the spherical seats in a direction intersecting the surface of the stage;
The support member includes a relative displacement part connected to the spherical seat, a support part connected to the stage, and a connection part that connects the relative displacement part and the support part. The rigidity in the direction along the surface of the stage is lower than the rigidity in the direction orthogonal to the surface of the stage.
本発明によれば、前記支持部材が、前記球面座に連結された相対変位部と、前記ステージに連結された支持部と、前記相対変位部と前記支持部とを連結する連結部とを含み、前記連結部の前記ステージの面に沿った方向における剛性は、前記ステージの面に直交する方向における剛性よりも低くなっているので、前記ステージを傾斜させるために、前記相対変位部同士の高さ位置を変化させた場合に、高さ方向(例えば前記ステージの面に直交する方向)における前記連結部の高い剛性のため、前記支持部は効率よく傾くが、水平方向(前記ステージの面に沿った方向)における前記連結部の低い剛性によって、前記相対変位部の水平方向の変位は、前記支持部に伝達されることが抑制され、これにより前記ステージの水平方向の変位及び変形を抑制できる。 According to the present invention, the support member includes a relative displacement portion connected to the spherical seat, a support portion connected to the stage, and a connection portion connecting the relative displacement portion and the support portion. Since the rigidity of the connecting portion in the direction along the surface of the stage is lower than the rigidity in the direction orthogonal to the surface of the stage, in order to incline the stage, When the height position is changed, the support portion is inclined efficiently because of the high rigidity of the connecting portion in the height direction (for example, the direction orthogonal to the surface of the stage), but the horizontal direction (on the surface of the stage) The horizontal displacement of the relative displacement portion is restrained from being transmitted to the support portion due to the low rigidity of the connecting portion in the direction along the horizontal direction). It can be suppressed.
前記連結部は、前記ステージの面に直交する方向に延在する板状部を含むと好ましい。 The connecting part preferably includes a plate-like part extending in a direction perpendicular to the surface of the stage.
前記相対変位部は3つ設けられ、前記支持部は前記相対変位部の間に配置されていると好ましい。 It is preferable that three relative displacement portions are provided and the support portion is disposed between the relative displacement portions.
前記駆動手段は、2つの前記球面座を独立して駆動すると好ましい。 The driving means preferably drives the two spherical seats independently.
前記駆動手段は、前記ステージの面に沿った方向に移動する第1の楔部材と、前記相対変位部に連結され且つ前記第1の楔部材により駆動されて前記ステージの面に直交する方向に移動する第2の楔部材とを含むと好ましい。 The driving means includes a first wedge member that moves in a direction along the surface of the stage, and is connected to the relative displacement portion and is driven by the first wedge member in a direction orthogonal to the surface of the stage. It is preferable to include a second wedge member that moves.
前記第2の楔部材を、前記ステージの面に直交する方向に案内する案内手段を有すると、前記相対変位部を前記ステージの面に直交する方向に精度良く案内できるので好ましい。 It is preferable to have guide means for guiding the second wedge member in a direction perpendicular to the surface of the stage, because the relative displacement portion can be accurately guided in a direction perpendicular to the surface of the stage.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本実施の形態にかかるステージ装置の上面図である。図2は、本実施の形態にかかるステージ装置よりステージを取り外した状態で示す上面図である。図3は、図1のステージ装置を矢印III方向に見た図である。図4は、支持部材の上面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view of the stage apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a top view showing a state in which the stage is removed from the stage apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is a view of the stage apparatus of FIG. 1 as viewed in the direction of arrow III. FIG. 4 is a top view of the support member.
図2に示すように、本実施の形態においては、駆動手段である駆動装置D、D’は、2つ並設されているが、両者は同様な構成を有するので、以下、一方(図2で下方)の駆動装置Dについてのみ説明する。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, two drive devices D and D ′, which are drive means, are arranged side by side. Only the lower drive device D will be described.
図3において、定盤等に固定される台座1上に、板状のベース2が取り付けられている。ベース2の図で右方上面には、ブラケット3を介してモータ4が取り付けられている。モータ4の回転軸4aは、カップリング5を介して、ベース2上に取り付けられた支持軸受6の支持軸6aの右端に連結されている。支持軸6aの左端は、回転運動を軸線方向運動に変換するボールねじ機構7のねじ軸7aに連結されている。
In FIG. 3, a plate-
ベース2の図で左方上面には、ガイドレール8が図3で左右方向に延在するように配置されている。ガイドレール8には、スライダ9,9が移動可能に配置されている。スライダ9,9は、三角柱状の第1の楔部材10の水平下面10aに取り付けられている。第1の楔部材10の右端面10bには、ボールねじ機構7のナット7bが埋設されている。第1の楔部材10の左上方を向いた斜面10cには、ガイドレール11が配置されている。ガイドレール11には、スライダ12,12が移動可能に配置されている。スライダ12,12は、斜面10cに対向する三角柱状の第2の楔部材13の斜面13cに取り付けられている。
A guide rail 8 is arranged on the left upper surface of the
第2の楔部材13の左端面13bには、スライダ14,14が取り付けられている。スライダ14,14は、ベース2に立設された垂直壁25に配置され、垂直方向に延在するガイドレール26に沿って移動自在となっている。モータ4,カップリング5,支持軸受6,ボールねじ機構7,第1の楔部材10,第2の楔部材13により駆動装置D、D’を構成する。又、スライダ14,14とガイドレール26とで案内手段を構成する。
第2の楔部材13の水平上面13aには、上面に球面凹部15aを有する球面座15が固定されている。球面座15の球面凹部15aには、摺動可能であるが離隔不能に、それと同径である球状凸部16aが係合している。球状凸部16aは、連結軸16の下端に形成されており、連結軸16の上端は、支持部材17にねじ止めされている。
A
ベース2の上面において、2つのモータ4、4の間に(図2参照)、支持柱18が設けられている。支持柱18の上端には、球面凹部19aを有する球面座19が固定されている。球面座19の球面凹部19aには、摺動可能であるが離隔不能に、それと同径である球状凸部20aが係合している。球状凸部20aは、連結軸20の下端に形成されており、連結軸20の上端は、支持部材17にねじ止めされている。即ち、支持部材17は、連結軸16、16と、連結軸20の3点(正三角形の頂点になる)で支持されており、測定対象物を支持する吸引チャックなどのような円盤状のステージ21を支持している。
On the upper surface of the
図4において、支持部材17は、連結軸16、16及び連結軸20がそれぞれ下面に取り付けられる相対変位部17aと、3つの相対変位部17aの間に配置された支持部17bと、相対変位部17aと支持部17bとを連結する連結部17cと、隣接する相対変位部17a同士を連結するばね板17dとを有している。支持部17bは、3本のボルトによりステージ21の下面に同心的に固定されている。
In FIG. 4, the
相対変位部17aはV字板状であり、支持部17bは中空円筒形状であり、連結部17cは、相対変位部17aのV字中央と支持部17bの円筒外周とを連結する薄い板状である。相対変位部17aと、支持部17bと、連結部17cは、金属から一体的に形成されているが、ばね板17dの両端は、相対変位部17aの側面にボルト止めされている。連結部17c及びばね板17dの長手方向は、ステージ21の面に平行であり、その幅方向はステージ21の面に垂直方向となっている。従って、連結部17cのステージ21の上面に沿った方向における剛性は、ステージの上面に直交する方向における剛性よりも低くなっている。
The
次に、本実施の形態のステージ装置の動作について説明する。まず、ステージ21の図3で左端側を下げるように傾斜させる場合を考える。かかる場合、2つの駆動装置D、D’のモータ4,4を制御し、回転軸4a、4aが同時に同じ角度だけ回転するように駆動する。すると、カップリング5,5及び支持軸6a、6aを介して、ボールねじ機構7,7のねじ軸7a、7aが同時に同角度回転する。ねじ軸7a、7aが回転すると、その回転運動はナット7b、7bの軸線運動に変換されるため、ナット7b、7bに連結された第1の楔部材10、10が、ガイドレール11、11に案内されて、ベース2に対して図3で右方に移動する。
Next, the operation of the stage apparatus of the present embodiment will be described. First, consider a case where the
第1の楔部材10、10が右方に移動すると、第2の楔部材13、13は第1の楔部材10、10の斜面10c、10cからの支持力が失われるので、第1の楔部材10、10に対して相対的に移動しつつ、ガイドレール26、26に沿って垂直に下降する。このとき、第2の楔部材13,13に取り付けられた球面座15,15が同一量だけ下降すると、連結軸16,16も同一量だけ下降するので、それらにより支持された支持部材17の相対変位部17a、17a(図4で左側の2つ)が下降する。なお、第2の楔部材13,13の下降に伴い、互いに係合した球面凹部15aと球状凸部16aとが摺動することで、各部にストレスが生じることを抑制できる。
When the
一方、ベース2上に支持柱18を介して固定された球面座19は変位しないので、連結軸20により支持された支持部材17の相対変位部17a(図4で右側の1つ)は、その位置を維持する。以上より明らかであるが、図4で左側の2つの相対変位部17a、17aは下降し、図4で右側の相対変位部17aは固定されているので、支持部材17は、図3(b)に示すように、角度θだけ傾くこととなる。なお、支持部材17の傾斜に伴い、互いに係合した球面座の球面凹部19aと連結軸20の球状凸部20aとが摺動することで、各部にストレスが生じることを抑制できる。
On the other hand, since the
支持部材17が傾斜すると、傾斜した方向(連結部17cの幅方向即ちステージ21の面に垂直な方向)の連結部17cの剛性は比較的高いので、それに精度良く追従して支持部17bも傾斜する。従って、ステージ21は、図3で左端が下がるように精度良く傾斜することとなる。なお、明らかであるが、モータ4、4の回転軸4a、4aを逆回転させると、第2の楔部材13,13は上昇するので、ステージ21を、図3で左端が上がるように精度良く傾斜することができる。
When the
次に、ステージ21の図2で上端側を下げるように傾斜させる場合を考える。かかる場合、1つ(図2で上方)の駆動装置D’のモータ4を制御し、回転軸4aが同時に同じ角度だけ回転するように駆動する。すると、カップリング5及び支持軸6aを介して、ボールねじ機構7のねじ軸7aが回転する。ねじ軸7aが回転すると、その回転運動はナット7bの軸線運動に変換されるため、ナット7bに連結された第1の楔部材10が、ガイドレール11に案内されて、ベース2に対して図3で右方に移動する。
Next, consider a case where the
第1の楔部材10が右方に移動すると、第2の楔部材13は第1の楔部材10の斜面10cからの支持力が失われるので、第1の楔部材10に対して相対的に移動しつつ、ガイドレール26に沿って垂直に下降する。このとき、第2の楔部材13に取り付けられた球面座15が同一量だけ下降すると、連結軸16も同一量だけ下降するので、それらにより支持された支持部材17の相対変位部17a(図4で上側の1つ)が下降する。なお、第2の楔部材13の下降に伴い、互いに係合した球面凹部15aと球状凸部16aとが摺動することで、各部にストレスが生じることを抑制できる。
When the
一方、ベース2上に支持柱18を介して固定された球面座19は変位しないので、連結軸20により支持された支持部材17の相対変位部17a(図4で右側の1つ)は、その位置を維持する。又、別の(図2で下方の)駆動装置Dのモータ4も静止したままであるので、その連結軸16により支持された支持部材17の相対変位部17a(図4で下側の1つ)は、その位置を維持する。以上より、図4で上側の相対変位部17aは下降し、図4で右側及び下側の相対変位部17a、17aは固定されているので、支持部材17は、図2で上端側が傾くことになる。なお、支持部材17の傾斜に伴い、互いに係合した球面座の球面凹部19aと連結軸20の球状凸部20aとが摺動することで、各部にストレスが生じることを抑制できる。
On the other hand, since the
支持部材17が傾斜すると、傾斜した方向(連結部17cの幅方向即ちステージ21の面に垂直な方向)の連結部17cの剛性は比較的高いので、それに精度良く追従して支持部17bも傾斜する。従って、ステージ21は、図2で上端が下がるように精度良く傾斜することとなる。このとき、変位する球面座15と変位しなかった球面座15との軸間距離、及び変位する球面座15と固定された球面座19との軸間距離が変化するのに伴い、支持部材17を変形させようとする応力が作用する場合がある。
When the
これに対し本実施の形態によれば、相対変位部17aと支持部17bとを連結する連結部17cは、その面に垂直な方向即ちステージ21の面に沿った方向の剛性が低く、また隣接する相対変位部17a、17aはばね板17dにより連結されているので、固定された相対変位部17aに対して、ステージ21の面に沿った方向に変形しやすくなっており、図4の二点鎖線で誇張して示すように、垂直方向に変位した相対変位部17aにおけるステージ21の面に沿った方向(水平方向)の変位を許容し、ストレスを緩和している。又、相対変位部17a同士を連結したばね板17dが、相対変位部17aのねじれを抑制している。更に、支持部材17の中央に、ステージ21に連結する支持部17bを設けているので、支持部材17の変形がステージ21に伝わりにくいという利点もある。なお、明らかであるが、駆動装置Dのモータ4の回転軸4aを同じ方向に回転させると、その第2の楔部材13が下降するので、ステージ21を、図2で下端が下がるように精度良く傾斜することができる。このように駆動装置D、D’を独立して駆動することで、ステージ21を任意の方向に傾斜させることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the connecting
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、球面座19を固定としたが、球面座16と同様に、これを可動としても良い。又、駆動装置にリニアアクチュエータを用いることもできる。
The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, although the
1 台座
2 ベース
3 ブラケット
4 モータ
4a 回転軸
5 カップリング
6 支持軸受
6a 支持軸
7 ボールねじ機構
7a ねじ軸
7b ナット
8 ガイドレール
9,9 スライダ
10 第1の楔部材
10a 水平下面
10b 右端面
10c 斜面
11 ガイドレール
12,12 スライダ
13 第2の楔部材
13a 水平上面
13b 左端面
13c 斜面
14,14 スライダ
15 球面座
15a 球面凹部
16 連結軸
16a 球状凸部
17 支持部材
17a 相対変位
17a 相対変位部
17a 相対連結部
17b 支持部
17c 連結部
17d ばね板
18 支持柱
19 球面座
19a 球面凹部
20 連結軸
20a 球状凸部
21 ステージ
25 垂直壁
26 ガイドレール
D、D’ 駆動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記ステージを支持する支持部材と、
前記支持部材に取り付けられた3つの球面座と、
前記球面座の少なくとも一つを、前記ステージの面に交差する方向に駆動する駆動手段とを有し、
前記支持部材は、前記球面座に連結された相対変位部と、前記ステージに連結された支持部と、前記相対変位部と前記支持部とを連結する連結部とを含み、前記連結部の前記ステージの面に沿った方向における剛性は、前記ステージの面に直交する方向における剛性よりも低いことを特徴とするステージ装置。 Stage,
A support member for supporting the stage;
Three spherical seats attached to the support member;
Drive means for driving at least one of the spherical seats in a direction intersecting the surface of the stage;
The support member includes a relative displacement part connected to the spherical seat, a support part connected to the stage, and a connection part that connects the relative displacement part and the support part. A stage apparatus characterized in that rigidity in a direction along the surface of the stage is lower than rigidity in a direction perpendicular to the surface of the stage.
6. The stage apparatus according to claim 5, further comprising guide means for guiding the second wedge member in a direction orthogonal to the surface of the stage.
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