(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージを固定部材にＺ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをＺ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面にボールねじを介して連結されて前記ステージをＺ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをＺ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。
【請求項２】
ステージを固定部材にＺ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをＺ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面に静圧ねじを介して連結されて前記ステージをＺ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをＺ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。
【請求項３】
ステージのＺ軸方向の位置を検出する位置センサと、
Ｚ軸方向の位置指令値と前記位置センサの位置検出値の偏差をもとにステージのＺ軸方向の位置をフィードバック制御する位置制御部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のステージの昇降装置。
【請求項４】
前記ステージの下面には２重円筒形状の側壁が形成されるとともに、前記固定部材は前記ステージの２重円筒形状の側壁間に挟み込まれて前記ステージの２重円筒形状の対向する側壁との間にそれぞれ微小間隙が形成されるようにして有底２重円筒形状に側壁が形成され、
前記各微小間隙に圧縮空気を充満させてエアベアリングを２重化したことを特徴とする請求項１または２に記載のステージの昇降装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハプローバ、ストリップハンドラ等に用いられ、ステージをＺ軸方向（上下方向）に移動するステージの昇降装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ウエハプローバに用いられるステージの昇降装置では、ステージ上に検査対象のウエハを載せ、プローバのピンがウエハに当たる位置までステージを昇降する。ステージが位置決めされたところでウエハのチップにプローバのピンを順番に当てていき、検査を行う。
【０００３】
図８は従来におけるステージの昇降装置の構成例を示した図である。
図８で、ステージ１０上にはウエハのような検証対象が載せられる。
移動部材１１は、ステージ１０と連結されている。ボールスプライン１２は、移動部材１１を固定部材１３にＺ軸方向に移動自在に支持している。
モータ１４はベルト１５を介して動力を伝達し、駆動軸１６を回転駆動する。駆動軸１６には雄ねじ１７が切られている。移動部材１１には、雄ねじ１７が螺合される雌ねじ１８が切られている。雄ねじ１７と雌ねじ１８の間に形成された螺旋状の溝の中にボール（図示せず）を配列し、このボールが循環できるように溝を形成することによって、ボールねじを構成している。
【０００４】
図８の装置では、モータ１４はベルト１５を介して回転動力を駆動軸１６に伝達する。駆動軸１６の回転動力はボールねじにより直進移動に変換され、この直進移動を動力として移動部材１１がＺ軸方向に昇降する。ステージ１０は移動部材１１とともにＺ軸方向に昇降する。
【０００５】
ステージにかかる荷重が大きくなるに従って、ボールスプライン１２に要求される剛性が高くなる。特に、ステージに偏荷重がかかったときは、剛性が低いとステージが傾斜してしまう。傾斜すると、ステージ上のウエハにプローバピンが当たる位置がずれてしまう。このため、偏荷重に対して高い剛性が要求される。
図８の従来装置では、
▲１▼ボールスプライン１２の部分での接触面積を大きくして余圧を高める
▲２▼加工精度を高めてボールスプライン１２の部分でのギャップを狭める
ことによって、剛性を高めている。
【０００６】
しかし、ボールスプラインは点接触であるため、接触面積を大きくすることは難しかった。また、高い加工精度での組立が難しい。ボールスプラインは本質的に可動機構を持っているため、ギャップは必要で、剛性を高めることにも限界があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、エアベアリングによりステージをＺ軸方向へ移動自在に支持することによって、荷重に対する剛性を高めたステージの昇降装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったステージの昇降装置である。
【０００９】
（１）ステージを固定部材にＺ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをＺ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面にボールねじを介して連結されて前記ステージをＺ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをＺ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。
【００１０】
（２）ステージを固定部材にＺ軸方向へ移動自在に支持する軸受と、ステージをＺ軸方向に移動する昇降機構とを有するステージの昇降装置において、
前記ステージの下面には円筒形状の側壁が形成され、
前記固定部材は前記ステージの円筒形状の側壁との間に微小間隙が形成されるようにして前記ステージを収容するように有底円筒形状に側壁が形成され、
前記固定部材底面の前記ステージとの対向面には前記ステージの側壁内面に静圧ねじを介して連結されて前記ステージをＺ軸方向に昇降させる前記昇降機構の駆動軸を支持するクロスローラ軸受が設けられ、
前記軸受は、前記ステージと固定部材がなす微小間隙に圧縮空気を充満させ、この圧縮空気によりステージをＺ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングで構成したことを特徴とするステージの昇降装置。
【００１１】
（３）ステージのＺ軸方向の位置を検出する位置センサと、
Ｚ軸方向の位置指令値と前記位置センサの位置検出値の偏差をもとにステージのＺ軸方向の位置をフィードバック制御する位置制御部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のステージの昇降装置。
【００１２】
（４）前記ステージの下面には２重円筒形状の側壁が形成されるとともに、前記固定部材は前記ステージの２重円筒形状の側壁間に挟み込まれて前記ステージの２重円筒形状の対向する側壁との間にそれぞれ微小間隙が形成されるようにして有底２重円筒形状に側壁が形成され、
前記各微小間隙に圧縮空気を充満させてエアベアリングを２重化したことを特徴とする請求項１または２に記載のステージの昇降装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。
図１で、ステージ３０上にはウエハのような検証対象が載せられる。
固定部材３１はステージ３０を収容する形状をしている。ステージ３０の側壁３０１と固定部材３１の側壁３１１の間に微小間隙３２を形成している。
空気供給手段３３は、微小間隙３２に圧縮空気を充満させる。この圧縮空気によりステージ３０をＺ軸方向に移動自在に支持するエアベアリングが構成される。
【００１７】
モータ３４は駆動軸３５を回転駆動する。駆動軸３５には雄ねじ３６が切られている。
軸受３７は駆動軸３５を支持する。軸受３７は、例えば、スラスト方向とラジアル方向の荷重を受けるクロスローラ軸受である。
ステージ３０と連結された部材３８には、雄ねじ３６が螺合される雌ねじ３９が切られている。雄ねじ３６と雌ねじ３９の間に形成された螺旋状の溝の中にボール（図示せず）を配列し、このボールが循環できるように溝を形成することによって、ボールねじを構成している。
【００１８】
位置センサ４０は、ステージ３０のＺ軸方向の位置を検出する。位置センサ４０は、例えば、リニア式の光学式エンコーダ、リニア式の磁気レゾルバ、磁歪式ポテンショメータ等である。
減算器４１は、Ｚ軸方向の位置指令値と位置センサ４０の位置検出値の偏差をとる。位置制御部４２は、減算器４１でとった偏差をもとにステージのＺ軸方向の位置をフィードバック制御する。
【００１９】
図１の装置では、モータ３４は駆動軸３５を回転駆動する。駆動軸３５の回転動力はボールねじにより直進移動に変換され、この直進移動を動力としてステージ３０がＺ軸方向に昇降する。
位置センサ４０は、ステージ３０のＺ軸方向の位置を検出し、位置制御部４２は、Ｚ軸方向の位置指令値と位置センサ４０の位置検出値の偏差をもとにステージのＺ軸方向の位置をフィードバック制御する。これによって、ステージ３０が荷重により下方にずれても、この位置ずれが補正される。
【００２０】
図２は本発明の他の実施例を示す構成図である。
図２の実施例では、ステージ３０の側壁を２重に設けている。２重にした側壁３０１と３１１で固定部材３１の側壁３１２を両側から挟み込んでいる。側壁３１２の両側に微小間隙３２１と３２２を形成する。空気供給手段３３により微小間隙３２１と３２２に圧縮空気を充満させる。これによって、エアベアリングを２重化する。
このように構成すると、ステージ３０及び固定部材３１は、ベアリング部分との接触面積が２倍になるため、ステージの荷重に対する剛性を２倍に高めることができる。
【００２１】
図３は本発明の他の実施例を示す構成図である。この実施例では、ボールねじの代わりに静圧ねじを用いている。静圧ねじは次のとおりの構成になっている。雄ねじ３６と雌ねじ３９の間隙に空気供給手段３３により圧縮空気を充満させる。これにより、圧縮空気に雄ねじ３６と雌ねじ３９のねじ山が接触している静圧ねじが構成される。部材３８には静圧ねじへの空気供給路が設けられている。図４は静圧ねじの雄ねじと雌ねじの構成を示した図である。図４に示すように、雄ねじ３６と雌ねじ３９の間隙３９０に圧縮空気が充満されている。
【００２２】
図５は本発明の参考例１を示す構成図である。図５で、ＸＹステージ５０は位置決め装置（図示せず）によってＸ軸方向とＹ軸方向に位置決めされる。ＸＹステージ５０にステージ３０と固定部材３１が載せられている。荷重センサ５１は、ステージ３０に加わる荷重を検出する。荷重センサ５１は、例えばロードセルである。補正テーブル用メモリ５２は、ステージ３０に加わる荷重の大きさＦと、ステージのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ量δ（Ｘ，Ｙ）とを対応させた補正テーブル５２１を格納している。補正テーブル５２１はステージの位置に応じて設けられている。例えば、ウエハの各チップを検査するときは、プローブカードのピンが各チップに押し当てられるため、各チップの位置に応じて補正テーブルが設けられている。
【００２３】
位置センサ５３は、ステージ３０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する。
ずれ量算出手段５４は、荷重が加わるステージの位置から補正テーブルを選択し、選択した補正テーブルを用いて荷重センサの検出荷重から位置ずれ量を読み出す。荷重が加わるステージの位置は、位置指令値から知る。
減算器５５は、ずれ量算出手段５４で読み出した位置ずれ量で補正した位置指令値と、位置センサ５３の検出位置の偏差を求める。
位置制御部５６は、減算器５５で求めた偏差もとにステージ３０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をフィードバック制御し、荷重による位置ずれを補正する。
【００２４】
図５の装置で、プローバのピンがウエハの端に位置するチップに押し当てられること等によって、ステージ３０に偏荷重がかかると、ステージが傾斜する。これによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれが生じる。
偏荷重の大きさは荷重センサ５１が検出する。
ずれ量算出手段５４は、偏荷重のかかる位置から補正テーブルを選択し、選択した補正テーブルを用いて荷重センサの検出荷重から位置ずれ量を読み出す。偏荷重のかかる位置は位置指令値から知る。
位置制御部５６は、読み出した位置ずれ量で補正した位置指令値をもとにステージ３０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をフィードバック制御する。これによって、偏荷重による位置ずれが補正される。
【００２５】
図６は本発明の参考例２を示す構成図である。図６で、（ａ）はステージの側面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ方向から見た図である。この参考例ではステージに倣い機構を設けている。プローブカード６０にはピン６１が設けられている。プローブカード６０が移動し、ウエハ６２上のチップに順番にピン６１を押し当てて検査する。
【００２６】
載置台７０は、上面にウエハ６２（検査対象のデバイス）が載せられ、下面に曲面部７１が形成されている。
支持台７２は、曲面部７１を収容し得る形状になった曲面部７３が形成されている。曲面部７１と７３は、例えば球形をなしている。
空気供給手段７４は、圧縮空気を供給する。多孔質部材７５は、曲面部７３に配置されている。
【００２７】
空気供給手段７４から供給された圧縮空気は、多孔質部材７５を通過し、曲面部７１と７３の間隙７６に充満する。この圧縮空気により載置台７０を支持台７２上に浮揚させ、載置台７０を傾斜自在に支持する曲面エアベアリングを構成する。
真空吸引手段７７は、間隙７６を真空吸引して載置台７０を支持台７２に固定する。真空吸引は、載置台７０の姿勢をロックするときに行う。
請求範囲のロック手段は真空吸引手段７７に相当する。なお、ロック手段は真空吸引に限らず、機械式にロックするものであってもよい。
【００２８】
回転防止機構７８は、載置台７０の回転を防止する。図７は回転防止機構７８の構成斜視図である。
図７に示すように、バー７８１は、円柱形状をなし、載置台７０に固定されている。バー７８１は、下方に延びている。
バー７８２と７８３は、円柱形状をなし、支持台７２に固定されている。バー７８２と７８３は、径方向に延びていて、バー７８１を挟み込んでいる。
このように構成した回転防止機構７８により、載置台７０は、支持台７２上に、傾斜自在に、しかもＺ軸まわりに回転しないように保持される。
【００２９】
図６の装置で、載置台７０は曲面エアベアリングにより傾斜自在に支持されている。プローブカード６０のピン６１がウエハ６２に押し当てられると、ピン６１が押し当てられた力により載置台７０はプローブカード６０と平行になる姿勢をとる。すなわち、載置台７０はプローブカード６０に倣った姿勢をとる。これによって、ウエハ６２に押し当てられる各ピンの接触圧が均一化される。
均一化したところで、真空吸引手段７７は曲面エアベアリングに対して真空吸引を行う。これによって、載置台７０の姿勢がロックされる。ロックした姿勢でウエハの各チップに対して検査を行う。
【００３０】
なお、軸受３７をエアベアリングで構成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【００３２】
請求項１および請求項２に記載の発明では、エアベアリングによりステージをＺ軸方向へ移動自在に支持しているため、ボールスプラインの軸受を設けた従来例に比べて、高い加工精度を要することなく軸受部分のギャップを狭めることができる。これによって、容易に荷重に対する剛性を高めることができる。また、クロスローラ軸受でモータの出力軸を支持しているため、荷重に対する出力軸のずれを低減できる。
また、請求項２では、昇降機構に静圧ねじを用いているため、ねじ部の摩擦が小さくなる。このため、モータに指令した回転量に対して実際にステージが移動する量が計算値に近い量になる。これによって、ステージを高精度に位置決め制御できる。
【００３３】
請求項３記載の発明では、ステージのＺ軸方向の位置をフィードバック制御しているため、ステージに荷重がかかってもステージの位置を一定の位置に保持することができる。
【００３４】
請求項４記載の発明では、エアベアリングを２重化しているため、ベアリング部分の接触面積が２倍になり、ステージの荷重に対する剛性を２倍に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】静圧ねじの構成図である。
【図５】本発明の参考例１を示す構成図である。
【図６】本発明の参考例２を示す構成図である。
【図７】回転防止機構の構成斜視図である。
【図８】従来におけるステージの昇降装置の構成例を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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