(57)【要約】【課題】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。【解決手段】支持部材１７が傾斜すると、その方向（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、それに応じて支持部１７ｂも傾斜する。また相対変位部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、変位した相対変位部１７ａにおけるステージ２１の面に沿った方向の変位を許容し、ストレスを解放するようにしている。【選択図】図４
2008014855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ステージ装置。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、２つの前記球面座を独立して駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステージ装置。
【請求項５】
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の楔部材とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステージ装置。
【請求項６】
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ことを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開２００３−１２１５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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】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】図１のステージ装置を矢印III方向に見た図である。
【図４】支持部材の上面図である。
【符号の説明】
【００３２】
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
【図１】
2008014855.tif 000003
【図２】
2008014855.tif 000004
【図３】
2008014855.tif 000005
【図４】
2008014855.tif 000006