エアベアリングユニット
【課題】精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができるエアベアリングユニットを提供すること。
【解決手段】ロッド４に対して加圧エアを噴出することにより、シリンダブロック２に非接触状態でロッド４を支える。そして、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に測定用エアを出力すると共に、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に出力される測定用エアの流量を計測することにより、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間の距離を計測する。
【解決手段】ロッド４に対して加圧エアを噴出することにより、シリンダブロック２に非接触状態でロッド４を支える。そして、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に測定用エアを出力すると共に、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に出力される測定用エアの流量を計測することにより、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間の距離を計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置を検出する位置検出手段を備えたエアベアリングユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣの微細加工が進んでおり、ウェハの多層に渡ってＩＣパターンを形成することが行われている。ところで、ＩＣパターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパターンを形成していたが、層数が増加すると共に線やホールの幅が小さくなり、良好なＩＣパターンを形成するのが難しく、欠陥などが生じ易くなっていた。そこで、ＩＣパターンを形成した層の表面が平坦であるか否かを検査した後、又はパターンを形成した層の表面を研磨して表面を平坦にした後、次の層のパターンを形成することが行われている。
【０００３】
ところで、パターンを形成した層の表面が平坦であるか否か等を検査する際、表面に生じる位置変化は、極めて微少である。このような微少な位置変化を検出するために、例えば、特許文献１に記載されているエアマイクロ式変位測定装置を利用している。このエアマイクロ式変位測定装置は、コントロールバルブによりベローズ内の空気圧を調整することによりロッドの移動量を調整して、ウェハに対してロッドを押圧すると共に、貫通孔に設けられた差動コイルとロッドに設けられた磁気コアからなる作動変圧器によりロッドの実際の移動量を測定し、ウェハが平坦であるか否かを検査していた。
【特許文献１】実開平５−３４５１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のエアマイクロ式変位測定装置では、ベローズ内の空気圧を調整する際、ベローズに摺動抵抗が生じるため、ロッドの移動量をサブミクロン単位で正確に調整することができないという問題があった。また、ロッドの移動量をサブミクロン単位で正確に調整することができないため、ウェハに対してロッドを正確に押圧することができないこととなり、ウェハの位置を正確に測定することができず、平坦であるか否かを正確に判定できないという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができるエアベアリングユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロッド挿通孔を有するシリンダブロックと、前記ロッド挿通孔の長手方向に沿って前記ロッド挿通孔に移動可能に挿通されるロッドと、前記ロッド挿通孔の内壁面に設けられ、且つ、前記ロッドに対して加圧エアを噴出することで前記ロッドを非接触的に固定する軸受け部材とを備えるエアベアリングユニットにおいて、前記ロッドに固定されると共に、測定対象となるワークが固定される検出部と、前記シリンダブロックに固定されており、前記検出部に対して測定用エアを所定の空気圧で出力するエアマイクロノズルと、前記エアマイクロノズルから出力される測定用エアの流量を計測する流量センサと、を備え、前記エアマイクロノズルは、前記検出部と前記シリンダブロックの間に検査用エアを出力することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流量センサ及び前記エアマイクロノズルは、前記シリンダブロックに埋め込まれたことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記エアマイクロノズルは、交換可能に構成されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した実施形態のエアベアリングシリンダ１を利用したシリンダシステムＣ１を図１〜図５に基づき詳細に説明する。
図１，図２等に示されるように、このシリンダシステムＣ１は、エアベアリングシリンダ１と、それに加圧エアを給排するための構造とからなる。まず、エアベアリングシリンダ１の構造について説明する。
【００１０】
同エアベアリングシリンダ１を構成する金属製のシリンダブロック２は、ロッド挿通孔３を有している。ロッド挿通孔３は断面略矩形状であって、シリンダブロック２の上下方向に沿って延びている。同ロッド挿通孔３は非貫通であって、シリンダブロック２の下端面の略中央部のみにて開口している。なお、このロッド挿通孔３は大きく分けて３つの領域（即ちシリンダブロック２の下端面側から順に小断面積領域３ａ、中断面積領域３ｂ及び大断面積領域３ｃ）からなる。
【００１１】
また、このシリンダブロック２は、実際には複数のシリンダブロック構成体を組み合わせて一体化することにより構成されている。ただし、図面作成の便宜上、前記シリンダブロック２を一体物として図示している。
【００１２】
図１，図２等に示されるように、ロッド挿通孔３には真空吸着用ロッド４（以下、単にロッド４と示す場合がある）が自身の長手方向に沿って移動可能に挿通されている。このロッド４は、断面正方形状をした上半部３１と、断面長方形状をした下半部３２とに大きく分けられる（図３参照）。ロッド４の先端側（即ち下端側）は、シリンダブロック２の下端面側にあるロッド挿通孔３の開口から突出している。このロッド４の下端面には、検出部としての真空吸着用治具６（以下、単に治具６と示す場合がある）がロッド４と一体移動可能に取り付けられている。この治具６には被吸着物であるウェハ５が真空吸着される。本実施形態では、このウェハ５が、検査対象となるワークである。
【００１３】
真空吸着用ロッド４の内部には、例えばドリル加工等を施すことによって真空引き通路７が形成されている。真空引き通路７の一方側はロッド４の下端面において開口し、他方側はロッド４の外周面の所定箇所において開口している。前記治具６にもその真空引き通路７に対応する位置に貫通孔が形成されている。図３に示されるように、真空引き通路７の外周面側開口７ａは、ロッド４の軸線方向に沿って長い長円形状に形成されている。一方、真空引き通路７の下端面側開口７ｂは円形状に形成されている。
【００１４】
図１〜図３に示されるように、ロッド４における非突出状態の基端部（即ち上端部）には、フランジ状のストッパ部１１が形成されている。このストッパ部１１は大断面積領域３ｃ内において移動可能に形成されている。従って、ストッパ部１１の寸法は、中断面積領域３ｂの寸法よりも大きく、かつ大断面積領域３ｃの寸法よりも小さくなっている。
【００１５】
ロッド挿通孔３における大断面積領域３ｃの内壁面には、緩衝部材としての一対のゴムクッション１２，１３が固定されている。一方のゴムクッション１２は円盤状であって、ストッパ部１１の上側面に当接可能な位置にある。他方のゴムクッション１３は円環状であって、ストッパ部１１の下側面に当接可能な位置にある。これら一対のゴムクッション１２，１３はロッド４に加わる衝撃を緩衝するとともに、ロッド４の移動可能範囲（即ちストローク長）を決定する役割を果たしている。
【００１６】
図１，図２に示すように、ロッド挿通孔３の内壁面の複数箇所（本実施形態では２箇所）には、軸受け部材としての多孔質体１５，１６が設けられている。具体的に説明すると、ロッド挿通孔３の大断面積領域３ｃにおける内壁面には、多孔質体取付凹部１７が形成されている。この多孔質体取付凹部１７には、基端側軸受け部材としての板状の多孔質体１５が４つ取り付けられている。一対の多孔質体１５は対向した状態で離間配置されている（図１参照）。一方、ロッド挿通孔３の小断面積領域３ａにおける内壁面には、多孔質体取付凹部１８が形成されている。この多孔質体取付凹部１８には、先端側軸受け部材としての多孔質体１６が４つ取り付けられている。一対の板状の多孔質体１６も同様に対向した状態で離間配置されている（図１参照）。なお、基端側の多孔質体１５は、ロッド４の挿通時においてその上半部３１の外周面のうちの２つに対面する。先端側の多孔質体１６は、ロッド４の挿通時においてその下半部３２の外周面のうちの２つに対面する。
【００１７】
前記多孔質体１５，１６の形成材料としては、例えば焼結アルミニウム、焼結銅、焼結ステンレス等の金属材料を使用することができる。その他にも、焼結三ふっ化樹脂、焼結四ふっ化樹脂、焼結ナイロン樹脂、焼結ポリアセタール樹脂等のような合成樹脂材料や、焼結カーボン、焼結セラミックスなどが使用可能である。
【００１８】
図１に示されるように、シリンダブロック２の一側面には給気ポート２１が形成されている。この給気ポート２１は、エア供給源Ｐに対して配管Ｌ１を介して直接的に接続されている。多孔質体取付凹部１７のある領域と給気ポート２１とは、通路２１ａを介して連通されている。また、２つの多孔質体取付凹部１７，１８同士は、通路２１ｂを介して連通されている。
【００１９】
従って、給気ポート２１に加圧エアを供給すると、その加圧エアは通路２１ａを通り抜けて基端側の多孔質体１５の外周面に到達するとともに、通路２１ａ，２１ｂを通り抜けて先端側の多孔質体１６の外周面に到達する。そして、前記加圧エアは、両多孔質体１５，１６の内周面側からロッド４の外周面に向けて噴出される。上記のように噴出された加圧エアの発生する静圧により、ロッド４がシリンダブロック２のロッド挿通孔３に対して非接触的に支承される。即ち、このエアベアリングシリンダ１は静圧スラスト軸受けを備えたものとなっている。
【００２０】
シリンダブロック２において多孔質体１６の下側に相当する箇所には、ロッド４を包囲する集気空間が形成されている。この集気空間は、シリンダブロック２の一側面に形成された排気ポート２２に通路２２ａを介して接続されている。前記排気ポート２２は、配管Ｌ２を介して図示しない真空ポンプに接続されている。従って、多孔質体１６から噴出した加圧エアの大部分は、まず集気空間内に集められた後、真空ポンプの働きにより排気ポート２２を介して外部に排出される。
【００２１】
シリンダブロック２の一側面において、真空引き通路７の外周面側開口７ａに対応する位置には、真空引きポート２３が設けられている。この真空引きポート２３は、通路２３ａを介してロッド挿通孔３内に連通している。真空引きポート２３は、配管Ｌ６を介して図示しない真空ポンプに接続されている。従って、真空ポンプの働きにより、配管Ｌ６、真空引きポート２３、通路２３ａ、真空引き通路７を介して、治具６の下面側領域の空気が吸引される。その結果、治具６の下面側領域が負圧となり、そこにウェハ５が吸着されかつ保持されるようになっている。なお、外周面側開口７ａは長円形状に形成されていることから、ロッド４の移動位置の如何を問わず常に通路２４ａと対向した状態を維持する。
【００２２】
シリンダブロック２の一側面において、ロッド挿通孔３の大断面積領域３ｃに対応する箇所には、第３の推力ポート２４が設けられている。第３の推力ポート２４は、通路２４ａを介して第３の圧力作用室３４に連通している。第３の推力ポート２４から供給される制御エアは、第３の圧力作用室３４内に配置されているロッド４のストッパ部１１に作用する。この場合、ストッパ部１１の上側面積から下側面積を差し引いたものに相当する領域が、本実施形態における第３の圧力作用部Ｐ３として実質的に機能する。図１，図２に示されるように、第３の圧力作用部Ｐ３の有効受圧面積Ｓ３は、ロッド４の上半部３１の断面積と等しいものとなる。
【００２３】
そして、この第３の圧力作用部Ｐ３に制御エアが作用すると、ロッド４が下方に押圧される。従って、ロッド４を前進させる推力、より具体的にいうとロッド４をシリンダブロック２の下端面から突出させる方向の推力が、同ロッド４にもたらされる。
【００２４】
図３等に示されるように、本実施形態の真空吸着用ロッド４の有する４つの外周面のうち、２つのものは段差部分がなくフラットになっている。２つのフラットな外周面（シール面３９）は、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側となる位置関係に形成されている。そして、ロッド挿通孔３において中断面積領域３ｂがある部分の内壁面には、２つのシール面３９に対応すべく２箇所にメタルシール３８が形成されている。なお、メタルシール３８とシール面３９とがなすクリアランスは、数μｍ以内という極めて小さな値に設定されている。
【００２５】
ロッド４の有するシール面３９以外の２つの外周面はフラットではなく、段差部分を備えている。このような段差部分は、上半部３１と下半部３２との境目の領域に存在する。本実施形態では、前記段差部分の下端面に第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２としての役割を担わせている。なお、前記第１の圧力作用部Ｐ１は、ロッド４及び治具６の自重分を解消するための推力をロッド４にもたらす。第２の圧力作用部Ｐ２は、ロッド４を駆動制御するための推力をもたらす。
【００２６】
第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２は、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側となる位置関係にあって、ともにロッド４の突出端側、つまり下端側を向くようにして形成されている。また、図１，図３等からも明らかなように、両圧力作用部Ｐ１，Ｐ２は、ともにロッド４の長手方向に対して垂直関係にある同一平面内に存在している。
【００２７】
第１の圧力作用部Ｐ１の有効受圧面積Ｓ１は、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ２と同等かまたはそれよりも大きく（有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２≧１）設定されていることがよい。好ましくは両者の有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２が２以上に、さらに好ましくは４以上に設定されることがよい。図面作成の便宜上、実際よりも有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２が小さく描かれているものの、本実施形態では有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２＝５に設定している。なお本実施形態では、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ１は、上述した第３の圧力作用部Ｐ３の有効受圧面積Ｓ３の１／２に設定されている。
【００２８】
ロッド挿通孔３にロッド４を挿通した場合、ロッド挿通孔３の内壁面とロッド４の外周面との間には２つの空間ができる。第１の圧力作用部Ｐ１が配置されている空間を第１の圧力作用室３５と呼び、第２の圧力作用部Ｐ２が配置されている空間を第２の圧力作用室３６と呼ぶことにする。
【００２９】
第１及び第２の圧力作用室３５，３６は、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側となる位置関係で形成される。これら２つの圧力作用室３５，３６は、メタルシール３８及びシール面３９の存在により、互いに隔てられている。従って、両圧力作用室３５，３６同士の間で加圧エアの往来は、実用上無視できる程度に少ない。ゆえに、その意味において第１及び第２の圧力作用室３５，３６は、互いに独立したものとなっている。
【００３０】
図１，図４に示されるように、シリンダブロック２の一側面において、ロッド挿通孔３の中断面積領域３ｂの下部に対応する箇所には、第２の推力ポート２６が設けられている。第２の推力ポート２６は、通路２６ａを介して第２の圧力作用室３６に連通している。従って、第２の推力ポート２６に供給された制御エアは、前記通路２６ａを経て第２の圧力作用室３６に到ることができる。
【００３１】
一方、シリンダブロック２において第２の推力ポート２６がある位置のちょうど反対面側の箇所には、第１の推力ポート２５が設けられている。第１の推力ポート２５は、通路２５ａを介して第１の圧力作用室３５に連通している。従って、第１の推力ポート２５に供給された制御エアは、前記通路２５ａを経て第１の圧力作用室３５に到ることができる。
【００３２】
そして、第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２に制御エアが作用すると、ロッド４が上方に所定の力で押圧される。従って、ロッド４を後退させる推力、より具体的にいうとロッド４をシリンダブロック２の下端面から没入させる方向の推力が、同ロッド４にもたらされる。ただし、第１の圧力作用部Ｐ１のもたらす推力のほうが、第２の圧力作用部Ｐ２のもたらす推力よりも数倍大きく設定されている。これは両圧力作用部Ｐ１，Ｐ２の役割の相違に基づくものである。
【００３３】
図１に示されるように、第３の推力ポート２４に接続された配管Ｌ３及び第２の推力ポート２６に接続された配管Ｌ４は、それらに共通の配管Ｌ５に接続されている。さらに、その配管Ｌ５はエア供給源Ｐに接続されている。第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６に共通の配管Ｌ５の途上には、レギュレータＲ１及び圧力制御弁としての電空レギュレータＲ２が設けられている。レギュレータＲ１は、エア供給源Ｐからの加圧エアを所定圧力に減圧する役割を果たす。このレギュレータＲ１の下流側に位置する電空レギュレータＲ２は、同レギュレータＲ１により減圧された加圧エアをさらに減圧して所望の制御エアにする役割を果たしている。即ち、共通の配管Ｌ５上では２段階の減圧が行われる。
【００３４】
従って、第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６にはそれぞれ配管Ｌ３，Ｌ４を介して等しい圧力の制御エアが供給される。なお、レギュレータＲ１の設定圧は手動により適宜調節可能であり、電空レギュレータＲ２の設定圧力は外部の図示しないコントローラにより適宜調節可能となっている。
【００３５】
第２の推力ポート２６側の配管Ｌ４上には電磁弁等が何ら設けられていないのに対し、第３の推力ポート２４側の配管Ｌ３には電磁弁としての電磁切換弁Ｂが設けられている。この電磁切換弁Ｂは、配管Ｌ３の流路を開放する位置と閉鎖する位置との２位置に切換可能な構成を有する。従って、電磁切換弁Ｂの切換に基づき、第３の推力ポート２４への制御エアの供給または遮断の切換が可能となっている。なお、電磁切換弁Ｂは前記コントローラに接続されていて、同コントローラにより自動的に切り換えられる。これに対して、第２の推力ポート２６側には、常に一定圧力値の制御エアが供給される。
【００３６】
図１に示されるように、電磁切換弁Ｂが配管Ｌ３の流路を閉鎖している場合には、第３の推力ポート２４への制御エアの供給は遮断され、第２の推力ポート２６へのみ制御エアが供給される。このとき、制御エアは第２の圧力作用部Ｐ２に作用して、ロッド４を後退させる。
【００３７】
一方、電磁切換弁Ｂが配管Ｌ３を開放している場合には、第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６へそれぞれ等しい圧力の制御エアが供給される。その結果、第２の圧力作用部Ｐ２にはロッド４を後退させる推力が作用するとともに、第３の圧力作用部Ｐ３にはロッド４を前進させる推力が作用する。既述のとおり、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ１は、上述した第３の圧力作用部Ｐ３の有効受圧面積Ｓ３の１／２に設定されている。従って、このときロッド４は前進することとなり、その推力の大きさは制御エアがロッド４を後退させる場合の大きさと等しくなる。
【００３８】
また、第１の推力ポート２５に接続された配管Ｌ７は、エア供給源Ｐと給気ポート２１とをつなぐ配管Ｌ１に対して接続されている。この第１の推力ポート２５側の配管Ｌ７には、手動により設定圧が適宜調節可能なレギュレータＲ３が設けられている。なお、このレギュレータＲ３の設定圧は、前記レギュレータＲ１の設定圧とは異なる値、即ちロッド４及び治具６の自重分を解消する推力をもたらすのに最適な値に設定されている。従って、第１の推力ポート２５側には、常に一定圧力値の制御エアが供給される。
【００３９】
そして、本実施形態のエアベアリングシリンダ１には、治具６とシリンダブロック２との間の距離を測定するための構造が設けられている。以下、詳しく説明する。
図１に示すように、シリンダブロック２の側面（図１における左側側面）には、左方に開口するように、センサ収容部１０１が凹設されている。このセンサ収容部１０１には、通過する測定用エアの流量を計測する流量センサ１０２が収容される。センサ収容部１０１に収容される流量センサ１０２は、エア供給源Ｐに対して配管Ｌ８を介して直接的に接続されている。なお、配管Ｌ８には、手動により設定圧が適宜調節可能なレギュレータＲ４が配設されており、エア供給源Ｐから流量センサ１０２に供給される測定用エアの設定圧が調整されるようになっている。すなわち、流量センサ１０２には、所定の圧力値の測定用エアが供給されるようになっている。
【００４０】
そして、シリンダブロック２の下端面には、測定用エアを出力するエアマイクロノズル１０３を収容するためのノズル収容部１０４が凹設されている。ノズル収容部１０４は、下方（即ち、治具６側）に開口するように、凹設されている。すなわち、ノズル収容部１０４は、エアマイクロノズル１０３を収容したとき、エアマイクロノズル１０３が下方に測定用エアを出力することができるように設けられている。また、ノズル収容部１０４は、ノズル収容部１０４の直下に真空吸着用治具６が位置するように設けられている。
【００４１】
また、センサ収容部１０１とノズル収容部１０４の間には、測定用エアが通過する通路１０５が形成されており、当該通路１０５により、センサ収容部１０１とノズル収容部１０４は連結されている。すなわち、センサ収容部１０１に収容された流量センサ１０２を通過した測定用エアは、当該通路１０５を通過してノズル収容部１０４に収容されたエアマイクロノズル１０３に供給されるようになっている。
【００４２】
そして、前記ノズル収容部１０４に収容されるエアマイクロノズル１０３は、測定用エアが通過する供給通路１０６が貫通形成されている。そして、エアマイクロノズル１０３は、前記ノズル収容部１０４に収容されたとき、測定用エアを真空吸着用治具６に向けて（本実施形態では、下方に）出力できるように、供給通路１０６の一端が下方に開口する向きで収容されている。
【００４３】
また、エアマイクロノズル１０３は、その下端がシリンダブロック２の下面と一致するようになっている。このため、ロッド４が上方へ移動し、真空吸着用治具６がシリンダブロック２と接触した場合、エアマイクロノズル１０３（の供給通路１０６）は、真空吸着用治具６により閉塞されるようになっている。
【００４４】
また、ノズル収容部１０４は、ノズル収容部１０４の直下に真空吸着用治具６が位置するように設けられているため、エアマイクロノズル１０３の供給通路１０６から出力される測定用エアは、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間に出力されることとなる。そして、エアマイクロノズル１０３から真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間に出力される測定用エアは、エアマイクロノズル１０３のノズル径及び測定用エアの設定圧が一定であるならば、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間の大きさによりその流量が変化することが経験上分かっている。具体的には、図５に示すように、関係曲線Ｘに従って、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間（距離）が大きくなればなるほど、測定用エアの流量が多くなるようになっている。従って、測定用エアの流量から真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間（距離）を測定することが可能となる。
【００４５】
次に、上記のように構成されたエアベアリングシリンダ１及びシリンダシステムＣ１の動作を説明する。
エア供給源Ｐから供給される加圧エアは、給気ポート２１を介して常時多孔質体１５，１６に供給されている。従って、多孔質体１５，１６からロッド４に対して噴出される加圧エアの圧力により、ロッド４がロッド挿通孔３内の多孔質体１５，１６に対して非接触的に支承されている。多孔質体１５，１６から噴出された加圧エアは、集気空間に集められた後、真空ポンプの作用により外部に排出される。また、エア供給源Ｐから供給される制御エアは、第１の推力ポート２５を介して、一定の圧力で常時第１の圧力作用室３５内に供給されている。従って、ロッド４及び治具６は、それらの自重分にほぼ見合う大きさの推力で持ち上げられている。即ち、ロッド４及び治具６の自重が解消されている。
【００４６】
図１に示されるように、電磁切換弁Ｂが配管Ｌ３を閉鎖している場合には、第３の推力ポート２４への制御エアの供給は遮断され、第２の推力ポート２６へのみ制御エアが供給される。このとき、前記制御エアは第２の圧力作用室３６に作用し、ロッド４を後退（上動）させる。
【００４７】
この状態で、治具６によりウェハ５を吸着保持すべく、エアベアリングシリンダ１をウェハ５の上方位置まで移動させたうえで、コントローラにより電磁切換弁Ｂを切り換えて配管Ｌ３を開放する。すると、第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６へそれぞれ等しい圧力の制御エアが供給される結果、ロッド４が前進（下動）する。これに先立って真空引きを開始しておけば、治具６の下面側にウェハ５を吸着保持することができる。この後、再びロッド４を後退させる。
【００４８】
次に、ウェハ５を吸着保持した状態でエアベアリングシリンダ１を測定台２００の上に移動させる。そして、ロッド４を前進させて、治具６でウェハ５を測定台２００に所定の押圧力で押し付ける。そして、押しつけた際の測定用エアの流量を計測する。その後、治具６でウェハ５を測定台２００に所定の押圧力で押し付けた状態で、エアベアリングシリンダ１を測定台２００に対して前後左右に水平に移動させ、測定用エアの流量変化を測定する。すなわち、測定台２００をウェハ５の全表面上を移動させ、測定用エアの流量変化を測定する。このとき、測定用エアの流量が変化する場合には、治具６とシリンダブロック２との間の距離が一定でなく、ウェハ５の表面が平坦でないと判定できる。一方、測定用エアの流量が変化しない場合には、治具６とシリンダブロック２との間の距離が一定であり、ウェハ５の表面が平坦であると判定できる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態は、以下の効果を有する。
（１）真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に一定の空気圧の測定用エアを出力した場合、当該測定用エアの流量は、真空吸着用治具６とシリンダブロック２との距離に応じて変化する。このため、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に出力される測定用エアの流量を計測することにより、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間の距離を計測することができる。そこで、真空吸着用治具６に固定されたウェハ５の表面を平坦な測定台２００に押圧しつつ、ウェハ５を測定台２００に対して移動させ、その移動中の測定用エアの流量変化を計測することにより、表面が平坦か否かを判定することができる。
【００５０】
また、真空吸着用治具６が固定されるロッド４に加圧エアを噴出し、所定の圧力を加えることによりロッド４を非接触状態で支えている。このため、ロッド４が移動する際、ロッド４とシリンダブロック２との間に摺動抵抗は生じなくなる。従って、正確にウェハ５への押圧力を制御することができ、ウェハ５に対して押圧力を加えすぎることや、逆にウェハ５に加える押圧力が弱くて、測定台２００に押し当てることができずに、ウェハ５と測定台２００が離れてしまい、正確に検査することができないという状態を防止することができる。以上のことから精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができる。
【００５１】
（２）測定用エアの流量は、真空吸着用治具６とシリンダブロック２との距離に応じて変化するので、流量センサ１０２により測定用エアの流量を計測することにより、ウェハ５の厚さを測定することができる。このため、例えば、作動変圧器（差動コイル）に一定周波数の電圧を加える発振器や差動コイルにおいて磁束変化により生じた出力電圧を増幅するリニアライザなどを装置の外部に設ける場合と比較して装置の大きさをコンパクトにすることができる。また、製造コストを低減することができ、電源消費量を少なくすることができる。
【００５２】
（３）ロッド４を支える加圧エアを測定用エアに流用することができるので、例えば磁束変化を計測する場合と比較して、装置構成を簡単にすることができる。
（４）流量センサ１０２及びエアマイクロノズル１０３は、シリンダブロック２に埋め込まれている。このため、エアベアリングシリンダ１をコンパクトにすることができ、また、無駄な配線や配管を少なくすることができる。
【００５３】
尚、上記実施形態は、次のような別の実施形態（別例）にて具体化できる。
○上記実施形態において、第１の推力ポート２５をシリンダブロック２における反対側の側面、つまり第２の推力ポート２６等が形成されている側面に形成してもよい。このようにすれば集中配管化に好都合となる。
【００５４】
○上記実施形態において、第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２を、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側とはならない位置関係、例えば隣接する面に形成してもよい。
○上記実施形態において、第１の推力ポート２５につがなる配管Ｌ７をレギュレータＲ１と電空レギュレータＲ２との間に接続するようにして、配管Ｌ７上のレギュレータＲ３を省略することも可能である。このようにすれば、より簡略なシリンダシステムとすることができる。
【００５５】
○上記実施形態では、ロッド軸線方向に沿って離間した２箇所に軸受け部材としての多孔質体１５，１６を設けたものを例示した。これに対し、一方の多孔質体１５（または１６）のみを用い、他方のもの１６（または１５）を省略して実施してもよい。
【００５６】
○上記実施形態において、一対の板状の多孔質体１５を対向して離間配置した前記各実施形態に代えて、例えば多孔質体１５を環状に形成してもよい。勿論、多孔質体１６についても同様のことがいえる。以上のように形成すると、多孔質体１５，１６によりロッド４の外周面が包囲され、その全域にわたって加圧エアを噴射することができる。
【００５７】
○上記実施形態では、前述のごとく、第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２の有効受圧面積Ｓ１，Ｓ２が任意に設定可能な構成を有している。従って、必要に応じて、例えば第１の圧力作用部Ｐ１の有効受圧面積Ｓ１を、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ２よりも小さく設定することも勿論許容される。
【００５８】
○上記実施形態では、軸受け部材である多孔質体１５，１６を、シリンダブロック２側ではなくロッド４側に設けた構成も許容される。このようにすると、シリンダ１全体をスリム化することができる。
【００５９】
○上記実施形態において、ゴムクッション１２，１３以外の緩衝部材として、例えばゴム以外の材料からなる板材を用いてもよい。この場合、衝撃を緩和し得る性質を有する材料であれば、一般的に知られている各種の合成樹脂（例えばフッ素系樹脂など）からなる板材を使用することが可能である。
【００６０】
○上記実施形態において、ゴムクッション１２，１３等の緩衝部材は、不要であれば省略されてもよい。このようにすると、エアベアリングシリンダ１がよりいっそうコンパクトなものとなる。
【００６１】
○上記実施形態において例示した真空吸着用治具６には、ウェハ５等のような被吸着物を吸着するための構造としての貫通孔が１つ形成されていた。これに対して、治具６の有する貫通孔の開口部に多孔質体を介在させ、その多孔質体の表面（下面）をウェハ５の吸着面としてもよい。このようにすれば、ウェハ５に対して局部的に真空圧が作用しにくくなり、ウェハ５の変形・破損を未然に防止することができる。
【００６２】
○上記実施形態において、治具６に、ウェハ５が水平方向へ移動しないように移動を規制する規制部を設けても良い。このようにすれば、ウェハ５の表面に凹凸が存在しても、水平方向への移動を規制することができ、厚さ（又は表面が平坦であるか否か）を正確に測定できる。
【００６３】
○上記実施形態では、測定用エアの流量を変化から平坦であるか否かのみを計測した。この別例として、ウェハ５の厚さを計測できるようにしても良い。具体的には、真空吸着用治具６−シリンダブロック２間の距離と、測定用エアの流量の関係曲線Ｘ（図５）を予め計測しておき、測定用エアの流量からウェハ５（ワーク）の厚さを求めることができるようにしても良い。このようにした場合、ロッド４はシリンダブロック２に対する摺動抵抗はないため、所定の押圧力で常にウェハ５を押圧することができ、正確にウェハ５の厚さを計測することができる。
【００６４】
○上記実施形態では、ウェハ５の表面が平坦であるか否かを検査したが、ウェハ５の表面を平坦となるように研磨する構成であっても良い。具体的には、測定台２００の代わりに自身が高速回転する研磨台を設置し、測定用エアの流量が変化しないように、ウェハ５を研磨台に対して（又は研磨台をウェハ５に対して）前後左右に平行移動させればよい。このようにすれば、ウェハ５の表面を平坦とすることができる。
【００６５】
○上記実施形態では、ウェハ５の表面が平坦であるか否かのみを検査したが、ウェハ５を所定の厚さになるように研磨する構成であっても良い。具体的には、真空吸着用治具６−シリンダブロック２間の距離と、測定用エアの流量の関係曲線Ｘ（図５）を予め計測しておき、研磨する厚さから測定用エアの流量を算出する。そして、測定用エアの流量が算出した測定用エアの流量と一致するように、ウェハ５を研磨台に対して（又は研磨台をウェハ５に対して）前後左右に表面上を平行移動させればよい。このようにすれば、ウェハ５を所定の厚さに研磨することができる。
【００６６】
○上記実施形態では、エアマイクロノズル１０３のノズル径を変更することにより、測定用エアの流量とシリンダブロック２−治具６間の距離との関係曲線Ｘが変更される。具体的には、図６に示すように、ノズル径を大きくすると、関係曲線Ｘ１のように、測定用エアの流量変化が多くても距離変化が大きく増加しない関係となり、ノズル径を小さくすると、関係曲線Ｘ２のように、測定用エアの流量変化が少なくても距離変化が大きい関係となる。そこで、別例としてエアマイクロノズル１０３が交換可能となるように、エアベアリングシリンダ１を構成しても良い。このようにすれば、計測する距離の大きさの程度（スケール）によってノズル径を変更して、より正確に距離変化を測定することができる。また、埋め込み式と異なり、エアマイクロノズル１０３以外の部品を利用できるので、コストを少なくすることができる。
【００６７】
○上記実施形態では、測定対象がウェハ５であったが、ウェハ５以外の物を測定対象としても良い。例えば、金属板を測定対象としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】エアベアリングシリンダの断面図。
【図２】Ａ−Ａ線断面図。
【図３】真空吸着用ロッドの斜視図。
【図４】Ｂ−Ｂ線断面図。
【図５】測定用エアの流量と、真空吸着用治具−シリンダブロック間の距離の関係性を示す曲線を説明するための説明図。
【図６】別例における測定用エアの流量と、真空吸着用治具−シリンダブロック間の距離の関係性を示す曲線を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００６９】
１…エアベアリングシリンダ、２…シリンダブロック、３…ロッド挿通孔、４…（真空吸着用）ロッド、５…ウェハ、６…真空吸着用治具、７…真空引き通路、７ｂ…外周側開口、１５，１６…多孔質体、２５…第１の推力ポート、２６…第２の推力ポート、３５…第１の圧力作用室、３６…第２の圧力作用室、Ｓ１…第１の圧力作用部の有効受圧面積、Ｓ２…第２の圧力作用部の有効受圧面積、Ｐ１…第１の圧力作用部、Ｐ２…第２の圧力作用部、１０２…流量センサ、１０３…エアマイクロノズル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置を検出する位置検出手段を備えたエアベアリングユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣの微細加工が進んでおり、ウェハの多層に渡ってＩＣパターンを形成することが行われている。ところで、ＩＣパターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパターンを形成していたが、層数が増加すると共に線やホールの幅が小さくなり、良好なＩＣパターンを形成するのが難しく、欠陥などが生じ易くなっていた。そこで、ＩＣパターンを形成した層の表面が平坦であるか否かを検査した後、又はパターンを形成した層の表面を研磨して表面を平坦にした後、次の層のパターンを形成することが行われている。
【０００３】
ところで、パターンを形成した層の表面が平坦であるか否か等を検査する際、表面に生じる位置変化は、極めて微少である。このような微少な位置変化を検出するために、例えば、特許文献１に記載されているエアマイクロ式変位測定装置を利用している。このエアマイクロ式変位測定装置は、コントロールバルブによりベローズ内の空気圧を調整することによりロッドの移動量を調整して、ウェハに対してロッドを押圧すると共に、貫通孔に設けられた差動コイルとロッドに設けられた磁気コアからなる作動変圧器によりロッドの実際の移動量を測定し、ウェハが平坦であるか否かを検査していた。
【特許文献１】実開平５−３４５１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のエアマイクロ式変位測定装置では、ベローズ内の空気圧を調整する際、ベローズに摺動抵抗が生じるため、ロッドの移動量をサブミクロン単位で正確に調整することができないという問題があった。また、ロッドの移動量をサブミクロン単位で正確に調整することができないため、ウェハに対してロッドを正確に押圧することができないこととなり、ウェハの位置を正確に測定することができず、平坦であるか否かを正確に判定できないという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができるエアベアリングユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロッド挿通孔を有するシリンダブロックと、前記ロッド挿通孔の長手方向に沿って前記ロッド挿通孔に移動可能に挿通されるロッドと、前記ロッド挿通孔の内壁面に設けられ、且つ、前記ロッドに対して加圧エアを噴出することで前記ロッドを非接触的に固定する軸受け部材とを備えるエアベアリングユニットにおいて、前記ロッドに固定されると共に、測定対象となるワークが固定される検出部と、前記シリンダブロックに固定されており、前記検出部に対して測定用エアを所定の空気圧で出力するエアマイクロノズルと、前記エアマイクロノズルから出力される測定用エアの流量を計測する流量センサと、を備え、前記エアマイクロノズルは、前記検出部と前記シリンダブロックの間に検査用エアを出力することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流量センサ及び前記エアマイクロノズルは、前記シリンダブロックに埋め込まれたことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記エアマイクロノズルは、交換可能に構成されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した実施形態のエアベアリングシリンダ１を利用したシリンダシステムＣ１を図１〜図５に基づき詳細に説明する。
図１，図２等に示されるように、このシリンダシステムＣ１は、エアベアリングシリンダ１と、それに加圧エアを給排するための構造とからなる。まず、エアベアリングシリンダ１の構造について説明する。
【００１０】
同エアベアリングシリンダ１を構成する金属製のシリンダブロック２は、ロッド挿通孔３を有している。ロッド挿通孔３は断面略矩形状であって、シリンダブロック２の上下方向に沿って延びている。同ロッド挿通孔３は非貫通であって、シリンダブロック２の下端面の略中央部のみにて開口している。なお、このロッド挿通孔３は大きく分けて３つの領域（即ちシリンダブロック２の下端面側から順に小断面積領域３ａ、中断面積領域３ｂ及び大断面積領域３ｃ）からなる。
【００１１】
また、このシリンダブロック２は、実際には複数のシリンダブロック構成体を組み合わせて一体化することにより構成されている。ただし、図面作成の便宜上、前記シリンダブロック２を一体物として図示している。
【００１２】
図１，図２等に示されるように、ロッド挿通孔３には真空吸着用ロッド４（以下、単にロッド４と示す場合がある）が自身の長手方向に沿って移動可能に挿通されている。このロッド４は、断面正方形状をした上半部３１と、断面長方形状をした下半部３２とに大きく分けられる（図３参照）。ロッド４の先端側（即ち下端側）は、シリンダブロック２の下端面側にあるロッド挿通孔３の開口から突出している。このロッド４の下端面には、検出部としての真空吸着用治具６（以下、単に治具６と示す場合がある）がロッド４と一体移動可能に取り付けられている。この治具６には被吸着物であるウェハ５が真空吸着される。本実施形態では、このウェハ５が、検査対象となるワークである。
【００１３】
真空吸着用ロッド４の内部には、例えばドリル加工等を施すことによって真空引き通路７が形成されている。真空引き通路７の一方側はロッド４の下端面において開口し、他方側はロッド４の外周面の所定箇所において開口している。前記治具６にもその真空引き通路７に対応する位置に貫通孔が形成されている。図３に示されるように、真空引き通路７の外周面側開口７ａは、ロッド４の軸線方向に沿って長い長円形状に形成されている。一方、真空引き通路７の下端面側開口７ｂは円形状に形成されている。
【００１４】
図１〜図３に示されるように、ロッド４における非突出状態の基端部（即ち上端部）には、フランジ状のストッパ部１１が形成されている。このストッパ部１１は大断面積領域３ｃ内において移動可能に形成されている。従って、ストッパ部１１の寸法は、中断面積領域３ｂの寸法よりも大きく、かつ大断面積領域３ｃの寸法よりも小さくなっている。
【００１５】
ロッド挿通孔３における大断面積領域３ｃの内壁面には、緩衝部材としての一対のゴムクッション１２，１３が固定されている。一方のゴムクッション１２は円盤状であって、ストッパ部１１の上側面に当接可能な位置にある。他方のゴムクッション１３は円環状であって、ストッパ部１１の下側面に当接可能な位置にある。これら一対のゴムクッション１２，１３はロッド４に加わる衝撃を緩衝するとともに、ロッド４の移動可能範囲（即ちストローク長）を決定する役割を果たしている。
【００１６】
図１，図２に示すように、ロッド挿通孔３の内壁面の複数箇所（本実施形態では２箇所）には、軸受け部材としての多孔質体１５，１６が設けられている。具体的に説明すると、ロッド挿通孔３の大断面積領域３ｃにおける内壁面には、多孔質体取付凹部１７が形成されている。この多孔質体取付凹部１７には、基端側軸受け部材としての板状の多孔質体１５が４つ取り付けられている。一対の多孔質体１５は対向した状態で離間配置されている（図１参照）。一方、ロッド挿通孔３の小断面積領域３ａにおける内壁面には、多孔質体取付凹部１８が形成されている。この多孔質体取付凹部１８には、先端側軸受け部材としての多孔質体１６が４つ取り付けられている。一対の板状の多孔質体１６も同様に対向した状態で離間配置されている（図１参照）。なお、基端側の多孔質体１５は、ロッド４の挿通時においてその上半部３１の外周面のうちの２つに対面する。先端側の多孔質体１６は、ロッド４の挿通時においてその下半部３２の外周面のうちの２つに対面する。
【００１７】
前記多孔質体１５，１６の形成材料としては、例えば焼結アルミニウム、焼結銅、焼結ステンレス等の金属材料を使用することができる。その他にも、焼結三ふっ化樹脂、焼結四ふっ化樹脂、焼結ナイロン樹脂、焼結ポリアセタール樹脂等のような合成樹脂材料や、焼結カーボン、焼結セラミックスなどが使用可能である。
【００１８】
図１に示されるように、シリンダブロック２の一側面には給気ポート２１が形成されている。この給気ポート２１は、エア供給源Ｐに対して配管Ｌ１を介して直接的に接続されている。多孔質体取付凹部１７のある領域と給気ポート２１とは、通路２１ａを介して連通されている。また、２つの多孔質体取付凹部１７，１８同士は、通路２１ｂを介して連通されている。
【００１９】
従って、給気ポート２１に加圧エアを供給すると、その加圧エアは通路２１ａを通り抜けて基端側の多孔質体１５の外周面に到達するとともに、通路２１ａ，２１ｂを通り抜けて先端側の多孔質体１６の外周面に到達する。そして、前記加圧エアは、両多孔質体１５，１６の内周面側からロッド４の外周面に向けて噴出される。上記のように噴出された加圧エアの発生する静圧により、ロッド４がシリンダブロック２のロッド挿通孔３に対して非接触的に支承される。即ち、このエアベアリングシリンダ１は静圧スラスト軸受けを備えたものとなっている。
【００２０】
シリンダブロック２において多孔質体１６の下側に相当する箇所には、ロッド４を包囲する集気空間が形成されている。この集気空間は、シリンダブロック２の一側面に形成された排気ポート２２に通路２２ａを介して接続されている。前記排気ポート２２は、配管Ｌ２を介して図示しない真空ポンプに接続されている。従って、多孔質体１６から噴出した加圧エアの大部分は、まず集気空間内に集められた後、真空ポンプの働きにより排気ポート２２を介して外部に排出される。
【００２１】
シリンダブロック２の一側面において、真空引き通路７の外周面側開口７ａに対応する位置には、真空引きポート２３が設けられている。この真空引きポート２３は、通路２３ａを介してロッド挿通孔３内に連通している。真空引きポート２３は、配管Ｌ６を介して図示しない真空ポンプに接続されている。従って、真空ポンプの働きにより、配管Ｌ６、真空引きポート２３、通路２３ａ、真空引き通路７を介して、治具６の下面側領域の空気が吸引される。その結果、治具６の下面側領域が負圧となり、そこにウェハ５が吸着されかつ保持されるようになっている。なお、外周面側開口７ａは長円形状に形成されていることから、ロッド４の移動位置の如何を問わず常に通路２４ａと対向した状態を維持する。
【００２２】
シリンダブロック２の一側面において、ロッド挿通孔３の大断面積領域３ｃに対応する箇所には、第３の推力ポート２４が設けられている。第３の推力ポート２４は、通路２４ａを介して第３の圧力作用室３４に連通している。第３の推力ポート２４から供給される制御エアは、第３の圧力作用室３４内に配置されているロッド４のストッパ部１１に作用する。この場合、ストッパ部１１の上側面積から下側面積を差し引いたものに相当する領域が、本実施形態における第３の圧力作用部Ｐ３として実質的に機能する。図１，図２に示されるように、第３の圧力作用部Ｐ３の有効受圧面積Ｓ３は、ロッド４の上半部３１の断面積と等しいものとなる。
【００２３】
そして、この第３の圧力作用部Ｐ３に制御エアが作用すると、ロッド４が下方に押圧される。従って、ロッド４を前進させる推力、より具体的にいうとロッド４をシリンダブロック２の下端面から突出させる方向の推力が、同ロッド４にもたらされる。
【００２４】
図３等に示されるように、本実施形態の真空吸着用ロッド４の有する４つの外周面のうち、２つのものは段差部分がなくフラットになっている。２つのフラットな外周面（シール面３９）は、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側となる位置関係に形成されている。そして、ロッド挿通孔３において中断面積領域３ｂがある部分の内壁面には、２つのシール面３９に対応すべく２箇所にメタルシール３８が形成されている。なお、メタルシール３８とシール面３９とがなすクリアランスは、数μｍ以内という極めて小さな値に設定されている。
【００２５】
ロッド４の有するシール面３９以外の２つの外周面はフラットではなく、段差部分を備えている。このような段差部分は、上半部３１と下半部３２との境目の領域に存在する。本実施形態では、前記段差部分の下端面に第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２としての役割を担わせている。なお、前記第１の圧力作用部Ｐ１は、ロッド４及び治具６の自重分を解消するための推力をロッド４にもたらす。第２の圧力作用部Ｐ２は、ロッド４を駆動制御するための推力をもたらす。
【００２６】
第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２は、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側となる位置関係にあって、ともにロッド４の突出端側、つまり下端側を向くようにして形成されている。また、図１，図３等からも明らかなように、両圧力作用部Ｐ１，Ｐ２は、ともにロッド４の長手方向に対して垂直関係にある同一平面内に存在している。
【００２７】
第１の圧力作用部Ｐ１の有効受圧面積Ｓ１は、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ２と同等かまたはそれよりも大きく（有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２≧１）設定されていることがよい。好ましくは両者の有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２が２以上に、さらに好ましくは４以上に設定されることがよい。図面作成の便宜上、実際よりも有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２が小さく描かれているものの、本実施形態では有効受圧面積比Ｓ１／Ｓ２＝５に設定している。なお本実施形態では、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ１は、上述した第３の圧力作用部Ｐ３の有効受圧面積Ｓ３の１／２に設定されている。
【００２８】
ロッド挿通孔３にロッド４を挿通した場合、ロッド挿通孔３の内壁面とロッド４の外周面との間には２つの空間ができる。第１の圧力作用部Ｐ１が配置されている空間を第１の圧力作用室３５と呼び、第２の圧力作用部Ｐ２が配置されている空間を第２の圧力作用室３６と呼ぶことにする。
【００２９】
第１及び第２の圧力作用室３５，３６は、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側となる位置関係で形成される。これら２つの圧力作用室３５，３６は、メタルシール３８及びシール面３９の存在により、互いに隔てられている。従って、両圧力作用室３５，３６同士の間で加圧エアの往来は、実用上無視できる程度に少ない。ゆえに、その意味において第１及び第２の圧力作用室３５，３６は、互いに独立したものとなっている。
【００３０】
図１，図４に示されるように、シリンダブロック２の一側面において、ロッド挿通孔３の中断面積領域３ｂの下部に対応する箇所には、第２の推力ポート２６が設けられている。第２の推力ポート２６は、通路２６ａを介して第２の圧力作用室３６に連通している。従って、第２の推力ポート２６に供給された制御エアは、前記通路２６ａを経て第２の圧力作用室３６に到ることができる。
【００３１】
一方、シリンダブロック２において第２の推力ポート２６がある位置のちょうど反対面側の箇所には、第１の推力ポート２５が設けられている。第１の推力ポート２５は、通路２５ａを介して第１の圧力作用室３５に連通している。従って、第１の推力ポート２５に供給された制御エアは、前記通路２５ａを経て第１の圧力作用室３５に到ることができる。
【００３２】
そして、第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２に制御エアが作用すると、ロッド４が上方に所定の力で押圧される。従って、ロッド４を後退させる推力、より具体的にいうとロッド４をシリンダブロック２の下端面から没入させる方向の推力が、同ロッド４にもたらされる。ただし、第１の圧力作用部Ｐ１のもたらす推力のほうが、第２の圧力作用部Ｐ２のもたらす推力よりも数倍大きく設定されている。これは両圧力作用部Ｐ１，Ｐ２の役割の相違に基づくものである。
【００３３】
図１に示されるように、第３の推力ポート２４に接続された配管Ｌ３及び第２の推力ポート２６に接続された配管Ｌ４は、それらに共通の配管Ｌ５に接続されている。さらに、その配管Ｌ５はエア供給源Ｐに接続されている。第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６に共通の配管Ｌ５の途上には、レギュレータＲ１及び圧力制御弁としての電空レギュレータＲ２が設けられている。レギュレータＲ１は、エア供給源Ｐからの加圧エアを所定圧力に減圧する役割を果たす。このレギュレータＲ１の下流側に位置する電空レギュレータＲ２は、同レギュレータＲ１により減圧された加圧エアをさらに減圧して所望の制御エアにする役割を果たしている。即ち、共通の配管Ｌ５上では２段階の減圧が行われる。
【００３４】
従って、第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６にはそれぞれ配管Ｌ３，Ｌ４を介して等しい圧力の制御エアが供給される。なお、レギュレータＲ１の設定圧は手動により適宜調節可能であり、電空レギュレータＲ２の設定圧力は外部の図示しないコントローラにより適宜調節可能となっている。
【００３５】
第２の推力ポート２６側の配管Ｌ４上には電磁弁等が何ら設けられていないのに対し、第３の推力ポート２４側の配管Ｌ３には電磁弁としての電磁切換弁Ｂが設けられている。この電磁切換弁Ｂは、配管Ｌ３の流路を開放する位置と閉鎖する位置との２位置に切換可能な構成を有する。従って、電磁切換弁Ｂの切換に基づき、第３の推力ポート２４への制御エアの供給または遮断の切換が可能となっている。なお、電磁切換弁Ｂは前記コントローラに接続されていて、同コントローラにより自動的に切り換えられる。これに対して、第２の推力ポート２６側には、常に一定圧力値の制御エアが供給される。
【００３６】
図１に示されるように、電磁切換弁Ｂが配管Ｌ３の流路を閉鎖している場合には、第３の推力ポート２４への制御エアの供給は遮断され、第２の推力ポート２６へのみ制御エアが供給される。このとき、制御エアは第２の圧力作用部Ｐ２に作用して、ロッド４を後退させる。
【００３７】
一方、電磁切換弁Ｂが配管Ｌ３を開放している場合には、第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６へそれぞれ等しい圧力の制御エアが供給される。その結果、第２の圧力作用部Ｐ２にはロッド４を後退させる推力が作用するとともに、第３の圧力作用部Ｐ３にはロッド４を前進させる推力が作用する。既述のとおり、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ１は、上述した第３の圧力作用部Ｐ３の有効受圧面積Ｓ３の１／２に設定されている。従って、このときロッド４は前進することとなり、その推力の大きさは制御エアがロッド４を後退させる場合の大きさと等しくなる。
【００３８】
また、第１の推力ポート２５に接続された配管Ｌ７は、エア供給源Ｐと給気ポート２１とをつなぐ配管Ｌ１に対して接続されている。この第１の推力ポート２５側の配管Ｌ７には、手動により設定圧が適宜調節可能なレギュレータＲ３が設けられている。なお、このレギュレータＲ３の設定圧は、前記レギュレータＲ１の設定圧とは異なる値、即ちロッド４及び治具６の自重分を解消する推力をもたらすのに最適な値に設定されている。従って、第１の推力ポート２５側には、常に一定圧力値の制御エアが供給される。
【００３９】
そして、本実施形態のエアベアリングシリンダ１には、治具６とシリンダブロック２との間の距離を測定するための構造が設けられている。以下、詳しく説明する。
図１に示すように、シリンダブロック２の側面（図１における左側側面）には、左方に開口するように、センサ収容部１０１が凹設されている。このセンサ収容部１０１には、通過する測定用エアの流量を計測する流量センサ１０２が収容される。センサ収容部１０１に収容される流量センサ１０２は、エア供給源Ｐに対して配管Ｌ８を介して直接的に接続されている。なお、配管Ｌ８には、手動により設定圧が適宜調節可能なレギュレータＲ４が配設されており、エア供給源Ｐから流量センサ１０２に供給される測定用エアの設定圧が調整されるようになっている。すなわち、流量センサ１０２には、所定の圧力値の測定用エアが供給されるようになっている。
【００４０】
そして、シリンダブロック２の下端面には、測定用エアを出力するエアマイクロノズル１０３を収容するためのノズル収容部１０４が凹設されている。ノズル収容部１０４は、下方（即ち、治具６側）に開口するように、凹設されている。すなわち、ノズル収容部１０４は、エアマイクロノズル１０３を収容したとき、エアマイクロノズル１０３が下方に測定用エアを出力することができるように設けられている。また、ノズル収容部１０４は、ノズル収容部１０４の直下に真空吸着用治具６が位置するように設けられている。
【００４１】
また、センサ収容部１０１とノズル収容部１０４の間には、測定用エアが通過する通路１０５が形成されており、当該通路１０５により、センサ収容部１０１とノズル収容部１０４は連結されている。すなわち、センサ収容部１０１に収容された流量センサ１０２を通過した測定用エアは、当該通路１０５を通過してノズル収容部１０４に収容されたエアマイクロノズル１０３に供給されるようになっている。
【００４２】
そして、前記ノズル収容部１０４に収容されるエアマイクロノズル１０３は、測定用エアが通過する供給通路１０６が貫通形成されている。そして、エアマイクロノズル１０３は、前記ノズル収容部１０４に収容されたとき、測定用エアを真空吸着用治具６に向けて（本実施形態では、下方に）出力できるように、供給通路１０６の一端が下方に開口する向きで収容されている。
【００４３】
また、エアマイクロノズル１０３は、その下端がシリンダブロック２の下面と一致するようになっている。このため、ロッド４が上方へ移動し、真空吸着用治具６がシリンダブロック２と接触した場合、エアマイクロノズル１０３（の供給通路１０６）は、真空吸着用治具６により閉塞されるようになっている。
【００４４】
また、ノズル収容部１０４は、ノズル収容部１０４の直下に真空吸着用治具６が位置するように設けられているため、エアマイクロノズル１０３の供給通路１０６から出力される測定用エアは、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間に出力されることとなる。そして、エアマイクロノズル１０３から真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間に出力される測定用エアは、エアマイクロノズル１０３のノズル径及び測定用エアの設定圧が一定であるならば、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間の大きさによりその流量が変化することが経験上分かっている。具体的には、図５に示すように、関係曲線Ｘに従って、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間（距離）が大きくなればなるほど、測定用エアの流量が多くなるようになっている。従って、測定用エアの流量から真空吸着用治具６とシリンダブロック２の下面との間にできる隙間（距離）を測定することが可能となる。
【００４５】
次に、上記のように構成されたエアベアリングシリンダ１及びシリンダシステムＣ１の動作を説明する。
エア供給源Ｐから供給される加圧エアは、給気ポート２１を介して常時多孔質体１５，１６に供給されている。従って、多孔質体１５，１６からロッド４に対して噴出される加圧エアの圧力により、ロッド４がロッド挿通孔３内の多孔質体１５，１６に対して非接触的に支承されている。多孔質体１５，１６から噴出された加圧エアは、集気空間に集められた後、真空ポンプの作用により外部に排出される。また、エア供給源Ｐから供給される制御エアは、第１の推力ポート２５を介して、一定の圧力で常時第１の圧力作用室３５内に供給されている。従って、ロッド４及び治具６は、それらの自重分にほぼ見合う大きさの推力で持ち上げられている。即ち、ロッド４及び治具６の自重が解消されている。
【００４６】
図１に示されるように、電磁切換弁Ｂが配管Ｌ３を閉鎖している場合には、第３の推力ポート２４への制御エアの供給は遮断され、第２の推力ポート２６へのみ制御エアが供給される。このとき、前記制御エアは第２の圧力作用室３６に作用し、ロッド４を後退（上動）させる。
【００４７】
この状態で、治具６によりウェハ５を吸着保持すべく、エアベアリングシリンダ１をウェハ５の上方位置まで移動させたうえで、コントローラにより電磁切換弁Ｂを切り換えて配管Ｌ３を開放する。すると、第３の推力ポート２４及び第２の推力ポート２６へそれぞれ等しい圧力の制御エアが供給される結果、ロッド４が前進（下動）する。これに先立って真空引きを開始しておけば、治具６の下面側にウェハ５を吸着保持することができる。この後、再びロッド４を後退させる。
【００４８】
次に、ウェハ５を吸着保持した状態でエアベアリングシリンダ１を測定台２００の上に移動させる。そして、ロッド４を前進させて、治具６でウェハ５を測定台２００に所定の押圧力で押し付ける。そして、押しつけた際の測定用エアの流量を計測する。その後、治具６でウェハ５を測定台２００に所定の押圧力で押し付けた状態で、エアベアリングシリンダ１を測定台２００に対して前後左右に水平に移動させ、測定用エアの流量変化を測定する。すなわち、測定台２００をウェハ５の全表面上を移動させ、測定用エアの流量変化を測定する。このとき、測定用エアの流量が変化する場合には、治具６とシリンダブロック２との間の距離が一定でなく、ウェハ５の表面が平坦でないと判定できる。一方、測定用エアの流量が変化しない場合には、治具６とシリンダブロック２との間の距離が一定であり、ウェハ５の表面が平坦であると判定できる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態は、以下の効果を有する。
（１）真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に一定の空気圧の測定用エアを出力した場合、当該測定用エアの流量は、真空吸着用治具６とシリンダブロック２との距離に応じて変化する。このため、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間に出力される測定用エアの流量を計測することにより、真空吸着用治具６とシリンダブロック２の間の距離を計測することができる。そこで、真空吸着用治具６に固定されたウェハ５の表面を平坦な測定台２００に押圧しつつ、ウェハ５を測定台２００に対して移動させ、その移動中の測定用エアの流量変化を計測することにより、表面が平坦か否かを判定することができる。
【００５０】
また、真空吸着用治具６が固定されるロッド４に加圧エアを噴出し、所定の圧力を加えることによりロッド４を非接触状態で支えている。このため、ロッド４が移動する際、ロッド４とシリンダブロック２との間に摺動抵抗は生じなくなる。従って、正確にウェハ５への押圧力を制御することができ、ウェハ５に対して押圧力を加えすぎることや、逆にウェハ５に加える押圧力が弱くて、測定台２００に押し当てることができずに、ウェハ５と測定台２００が離れてしまい、正確に検査することができないという状態を防止することができる。以上のことから精密な押圧制御を行うと共に、微少な位置を高精度に検出することができる。
【００５１】
（２）測定用エアの流量は、真空吸着用治具６とシリンダブロック２との距離に応じて変化するので、流量センサ１０２により測定用エアの流量を計測することにより、ウェハ５の厚さを測定することができる。このため、例えば、作動変圧器（差動コイル）に一定周波数の電圧を加える発振器や差動コイルにおいて磁束変化により生じた出力電圧を増幅するリニアライザなどを装置の外部に設ける場合と比較して装置の大きさをコンパクトにすることができる。また、製造コストを低減することができ、電源消費量を少なくすることができる。
【００５２】
（３）ロッド４を支える加圧エアを測定用エアに流用することができるので、例えば磁束変化を計測する場合と比較して、装置構成を簡単にすることができる。
（４）流量センサ１０２及びエアマイクロノズル１０３は、シリンダブロック２に埋め込まれている。このため、エアベアリングシリンダ１をコンパクトにすることができ、また、無駄な配線や配管を少なくすることができる。
【００５３】
尚、上記実施形態は、次のような別の実施形態（別例）にて具体化できる。
○上記実施形態において、第１の推力ポート２５をシリンダブロック２における反対側の側面、つまり第２の推力ポート２６等が形成されている側面に形成してもよい。このようにすれば集中配管化に好都合となる。
【００５４】
○上記実施形態において、第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２を、ロッド４の中心を基準として互いに反対面側とはならない位置関係、例えば隣接する面に形成してもよい。
○上記実施形態において、第１の推力ポート２５につがなる配管Ｌ７をレギュレータＲ１と電空レギュレータＲ２との間に接続するようにして、配管Ｌ７上のレギュレータＲ３を省略することも可能である。このようにすれば、より簡略なシリンダシステムとすることができる。
【００５５】
○上記実施形態では、ロッド軸線方向に沿って離間した２箇所に軸受け部材としての多孔質体１５，１６を設けたものを例示した。これに対し、一方の多孔質体１５（または１６）のみを用い、他方のもの１６（または１５）を省略して実施してもよい。
【００５６】
○上記実施形態において、一対の板状の多孔質体１５を対向して離間配置した前記各実施形態に代えて、例えば多孔質体１５を環状に形成してもよい。勿論、多孔質体１６についても同様のことがいえる。以上のように形成すると、多孔質体１５，１６によりロッド４の外周面が包囲され、その全域にわたって加圧エアを噴射することができる。
【００５７】
○上記実施形態では、前述のごとく、第１及び第２の圧力作用部Ｐ１，Ｐ２の有効受圧面積Ｓ１，Ｓ２が任意に設定可能な構成を有している。従って、必要に応じて、例えば第１の圧力作用部Ｐ１の有効受圧面積Ｓ１を、第２の圧力作用部Ｐ２の有効受圧面積Ｓ２よりも小さく設定することも勿論許容される。
【００５８】
○上記実施形態では、軸受け部材である多孔質体１５，１６を、シリンダブロック２側ではなくロッド４側に設けた構成も許容される。このようにすると、シリンダ１全体をスリム化することができる。
【００５９】
○上記実施形態において、ゴムクッション１２，１３以外の緩衝部材として、例えばゴム以外の材料からなる板材を用いてもよい。この場合、衝撃を緩和し得る性質を有する材料であれば、一般的に知られている各種の合成樹脂（例えばフッ素系樹脂など）からなる板材を使用することが可能である。
【００６０】
○上記実施形態において、ゴムクッション１２，１３等の緩衝部材は、不要であれば省略されてもよい。このようにすると、エアベアリングシリンダ１がよりいっそうコンパクトなものとなる。
【００６１】
○上記実施形態において例示した真空吸着用治具６には、ウェハ５等のような被吸着物を吸着するための構造としての貫通孔が１つ形成されていた。これに対して、治具６の有する貫通孔の開口部に多孔質体を介在させ、その多孔質体の表面（下面）をウェハ５の吸着面としてもよい。このようにすれば、ウェハ５に対して局部的に真空圧が作用しにくくなり、ウェハ５の変形・破損を未然に防止することができる。
【００６２】
○上記実施形態において、治具６に、ウェハ５が水平方向へ移動しないように移動を規制する規制部を設けても良い。このようにすれば、ウェハ５の表面に凹凸が存在しても、水平方向への移動を規制することができ、厚さ（又は表面が平坦であるか否か）を正確に測定できる。
【００６３】
○上記実施形態では、測定用エアの流量を変化から平坦であるか否かのみを計測した。この別例として、ウェハ５の厚さを計測できるようにしても良い。具体的には、真空吸着用治具６−シリンダブロック２間の距離と、測定用エアの流量の関係曲線Ｘ（図５）を予め計測しておき、測定用エアの流量からウェハ５（ワーク）の厚さを求めることができるようにしても良い。このようにした場合、ロッド４はシリンダブロック２に対する摺動抵抗はないため、所定の押圧力で常にウェハ５を押圧することができ、正確にウェハ５の厚さを計測することができる。
【００６４】
○上記実施形態では、ウェハ５の表面が平坦であるか否かを検査したが、ウェハ５の表面を平坦となるように研磨する構成であっても良い。具体的には、測定台２００の代わりに自身が高速回転する研磨台を設置し、測定用エアの流量が変化しないように、ウェハ５を研磨台に対して（又は研磨台をウェハ５に対して）前後左右に平行移動させればよい。このようにすれば、ウェハ５の表面を平坦とすることができる。
【００６５】
○上記実施形態では、ウェハ５の表面が平坦であるか否かのみを検査したが、ウェハ５を所定の厚さになるように研磨する構成であっても良い。具体的には、真空吸着用治具６−シリンダブロック２間の距離と、測定用エアの流量の関係曲線Ｘ（図５）を予め計測しておき、研磨する厚さから測定用エアの流量を算出する。そして、測定用エアの流量が算出した測定用エアの流量と一致するように、ウェハ５を研磨台に対して（又は研磨台をウェハ５に対して）前後左右に表面上を平行移動させればよい。このようにすれば、ウェハ５を所定の厚さに研磨することができる。
【００６６】
○上記実施形態では、エアマイクロノズル１０３のノズル径を変更することにより、測定用エアの流量とシリンダブロック２−治具６間の距離との関係曲線Ｘが変更される。具体的には、図６に示すように、ノズル径を大きくすると、関係曲線Ｘ１のように、測定用エアの流量変化が多くても距離変化が大きく増加しない関係となり、ノズル径を小さくすると、関係曲線Ｘ２のように、測定用エアの流量変化が少なくても距離変化が大きい関係となる。そこで、別例としてエアマイクロノズル１０３が交換可能となるように、エアベアリングシリンダ１を構成しても良い。このようにすれば、計測する距離の大きさの程度（スケール）によってノズル径を変更して、より正確に距離変化を測定することができる。また、埋め込み式と異なり、エアマイクロノズル１０３以外の部品を利用できるので、コストを少なくすることができる。
【００６７】
○上記実施形態では、測定対象がウェハ５であったが、ウェハ５以外の物を測定対象としても良い。例えば、金属板を測定対象としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】エアベアリングシリンダの断面図。
【図２】Ａ−Ａ線断面図。
【図３】真空吸着用ロッドの斜視図。
【図４】Ｂ−Ｂ線断面図。
【図５】測定用エアの流量と、真空吸着用治具−シリンダブロック間の距離の関係性を示す曲線を説明するための説明図。
【図６】別例における測定用エアの流量と、真空吸着用治具−シリンダブロック間の距離の関係性を示す曲線を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００６９】
１…エアベアリングシリンダ、２…シリンダブロック、３…ロッド挿通孔、４…（真空吸着用）ロッド、５…ウェハ、６…真空吸着用治具、７…真空引き通路、７ｂ…外周側開口、１５，１６…多孔質体、２５…第１の推力ポート、２６…第２の推力ポート、３５…第１の圧力作用室、３６…第２の圧力作用室、Ｓ１…第１の圧力作用部の有効受圧面積、Ｓ２…第２の圧力作用部の有効受圧面積、Ｐ１…第１の圧力作用部、Ｐ２…第２の圧力作用部、１０２…流量センサ、１０３…エアマイクロノズル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド挿通孔を有するシリンダブロックと、前記ロッド挿通孔の長手方向に沿って前記ロッド挿通孔に移動可能に挿通されるロッドと、前記ロッド挿通孔の内壁面に設けられ、且つ、前記ロッドに対して加圧エアを噴出することで前記ロッドを非接触的に固定する軸受け部材とを備えるエアベアリングユニットにおいて、
前記ロッドに固定されると共に、測定対象となるワークが固定される検出部と、
前記シリンダブロックに固定されており、前記検出部に対して測定用エアを所定の空気圧で出力するエアマイクロノズルと、
前記エアマイクロノズルから出力される測定用エアの流量を計測する流量センサと、を備え、
前記エアマイクロノズルは、前記検出部と前記シリンダブロックの間に検査用エアを出力することを特徴とするエアベアリングユニット。
【請求項２】
前記流量センサ及び前記エアマイクロノズルは、前記シリンダブロックに埋め込まれたことを特徴とする請求項１に記載のエアベアリングユニット。
【請求項３】
前記エアマイクロノズルは、交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアベアリングユニット。
【請求項１】
ロッド挿通孔を有するシリンダブロックと、前記ロッド挿通孔の長手方向に沿って前記ロッド挿通孔に移動可能に挿通されるロッドと、前記ロッド挿通孔の内壁面に設けられ、且つ、前記ロッドに対して加圧エアを噴出することで前記ロッドを非接触的に固定する軸受け部材とを備えるエアベアリングユニットにおいて、
前記ロッドに固定されると共に、測定対象となるワークが固定される検出部と、
前記シリンダブロックに固定されており、前記検出部に対して測定用エアを所定の空気圧で出力するエアマイクロノズルと、
前記エアマイクロノズルから出力される測定用エアの流量を計測する流量センサと、を備え、
前記エアマイクロノズルは、前記検出部と前記シリンダブロックの間に検査用エアを出力することを特徴とするエアベアリングユニット。
【請求項２】
前記流量センサ及び前記エアマイクロノズルは、前記シリンダブロックに埋め込まれたことを特徴とする請求項１に記載のエアベアリングユニット。
【請求項３】
前記エアマイクロノズルは、交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアベアリングユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１５１２６１（Ｐ２００８−１５１２６１Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４０１６９（Ｐ２００６−３４０１６９）
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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