(57)【要約】【課題】簡単な構造で、微細振動、ドリフトが起こりにくく、且つテーブルの歪がなく、摺動摩擦力の小さい安価な試料ステージの提供する。【解決手段】試料ステージは、ベースと、移動テーブルと、前記ベースに対して前記移動テーブルを駆動させるための駆動機構と、前記ベースに対して前記移動テーブルを滑り接触させる固体滑り機構と、前記移動テーブルと前記ベースとの間に設けられ前記移動テーブルの移動方向を拘束する転がり案内機構と、前記移動テーブルと前記転がり案内機構の間に形成された間隙に設けられた弾性部材と、を有する。弾性部材は、前記移動テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記移動テーブルの移動方向に直交する方向の前記移動テーブルの移動を拘束するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、移動テーブルと、前記ベースに対して前記移動テーブルを駆動させるための駆動機構と、前記ベースに対して前記移動テーブルを滑り接触させる固体滑り機構と、前記移動テーブルと前記ベースとの間に設けられ前記移動テーブルの移動方向を拘束する転がり案内機構と、前記移動テーブルと前記転がり案内機構の間に形成された間隙に設けられた弾性部材と、を有し、該弾性部材は、前記移動テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記移動テーブルの移動方向に直交する方向の前記移動テーブルの移動を拘束するように構成されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項２】
請求項１記載の試料ステージにおいて、前記弾性部材は、板バネであることを特徴とする試料ステージ。
【請求項３】
請求項２記載の試料ステージにおいて、前記板バネは、積層された複数の板バネ部材によって構成されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項４】
請求項１記載の試料ステージにおいて、前記転がり案内機構は、前記ベースに装着された固定部材と、該固定部材に転がり軸受けを介して装着された可動部材とを有し、前記弾性部材は前記可動部材と前記移動テーブルを接続するように装着されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項５】
請求項１記載の試料ステージにおいて、前記固体滑り機構は、前記ベースの上面に形成された水平案内面と、前記移動テーブルの下面に装着されたパッドとを有し、該パッドは前記水平案内面に滑り接触していることを特徴とする試料ステージ。
【請求項６】
請求項２記載の試料ステージにおいて、前記板バネの中央部分は前記転がり案内機構の可動部材に装着され、且つ、前記移動テーブルより離れており、前記板バネの両端は前記移動テーブルの下面に装着されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項７】
請求項１記載の試料ステージにおいて、前記移動テーブルと前記駆動機構の間には連結機構が設けられ、該連結機構は、前記移動テーブルと前記駆動機構の駆動部の一方に形成されたピンと、前記移動テーブルと前記駆動機構の駆動部の他方に形成された凹部とを有し、前記ベースに対して前記移動テーブルを駆動させるときは、前記ピンと前記凹部は係合し、前記移動テーブルを駆動させないときは、前記ピンと前記凹部は接触しないように構成されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項８】
ベースと、移動テーブルと、前記ベースに対して前記移動テーブルを駆動させるための駆動機構と、前記ベースに対して前記移動テーブルを滑り接触させる固体滑り機構と、前記移動テーブルと前記ベースとの間に設けられ前記移動テーブルの移動方向を拘束する転がり案内機構と、前記移動テーブルと前記転がり案内機構の間に形成された間隙に設けられた板バネと、を有し、該板バネは、前記移動テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記移動テーブルの移動方向に直交する方向の前記移動テーブルの移動を拘束するように構成されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項９】
請求項８記載の試料ステージにおいて、前記転がり案内機構は、前記ベースに装着された固定部材と、該固定部材に転がり軸受けを介して装着された可動部材とを有し、前記板バネの中央部分は前記転がり案内機構の可動部材に装着され、且つ、前記移動テーブルより離れており、前記板バネの両端は前記移動テーブルの下面に装着されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項１０】
請求項８記載の試料ステージにおいて、前記固体滑り機構は、前記ベースの上面に形成された水平案内面と、前記移動テーブルの下面に装着されたパッドとを有し、該パッドは前記水平案内面に滑り接触していることを特徴とする試料ステージ。
【請求項１１】
請求項８記載の試料ステージにおいて、前記移動テーブルと前記駆動機構の間には連結機構が設けられ、該連結機構は、前記移動テーブルと前記駆動機構の駆動部の一方に形成されたピンと、前記移動テーブルと前記駆動機構の駆動部の他方に形成された凹部とを有し、前記ベースに対して前記移動テーブルを駆動させるときは、前記ピンと前記凹部は係合し、前記移動テーブルを駆動させないときは、前記ピンと前記凹部は接触しないように構成されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項１２】
ベースと、該ベースに対して可動な中間テーブルと、該中間テーブルに対して可動なトップテーブルと、を有し、前記トップテーブルの移動方向は前記中間テーブルの移動方向に対して直交するように構成された２軸試料ステージにおいて、
前記中間テーブルに対して前記トップテーブルを駆動させるための第１の駆動機構と、前記中間テーブルの上面に形成された水平案内面と前記トップテーブルの下面に装着されたパッドとを有する第１の固体滑り機構と、前記中間テーブルに装着された固定部材と該固定部材に転がり軸受けを介して装着された可動部材とを有する第１の転がり案内機構と、前記トップテーブルと前記第２の転がり案内機構の可動部材を接続するように設けられた第１の板バネと、前記ベースに対して前記中間テーブルを駆動させるための第２の駆動機構と、前記ベースの上面に形成された水平案内面と前記中間テーブルの下面に装着されたパッドとを有する第２の固体滑り機構と、前記ベースに装着された固定部材と該固定部材に転がり軸受けを介して装着された可動部材とを有する第２の転がり案内機構と、前記中間テーブルと前記第２の転がり案内機構の可動部材を接続するように設けられた第２の板バネと、を有し、
前記第１の板バネは、前記トップテーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記トップテーブルの移動方向に直交する方向の前記トップテーブルの移動を拘束するように構成されており、
前記第２の板バネは、前記トップテーブル及び前記中間テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記中間テーブルの移動方向に直交する方向の前記中間テーブルの移動を拘束するように構成されていることを特徴とする２軸試料ステージ。
【請求項１３】
請求項１２記載の２軸試料ステージにおいて、
前記第１の板バネの中央部分は前記第１の転がり案内機構の可動部材に装着され、且つ、前記トップテーブルより離れており、前記第１の板バネの両端は前記トップテーブルの下面の装着され、
前記第２の板バネの中央部分は前記第２の転がり案内機構の可動部材に装着され、且つ、前記中間テーブルより離れており、前記第２の板バネの両端は前記中間テーブルの下面に装着されていることを特徴とする２軸試料ステージ。
【請求項１４】
請求項１２記載の２軸試料ステージにおいて、前記第２の駆動機構は、送りねじと該送りねじに係合するナットを有することを特徴とする２軸試料ステージ。
【請求項１５】
請求項１２記載の２軸試料ステージにおいて、前記第１の駆動機構は、前記トップテーブルに設けられた凹部と、該凹部に係合する係合部を有する可動な押し棒と、を有し、前記トップテーブルが前記押し棒の移動方向に直交する方向に移動しても、前記押し棒の係合部は前記凹部に係合するように、前記押し棒と前記凹部によってスライド機構が構成されていることを特徴とする２軸試料ステージ。
【請求項１６】
ベースと、該ベースに対して可動な中間テーブルと、該中間テーブルに対して可動なトップテーブルと、を有し、前記トップテーブルの移動方向は前記中間テーブルの移動方向に対して直交するように構成された試料ステージにおいて、
前記中間テーブルに対して前記トップテーブルを駆動させるための第１の駆動機構と、前記中間テーブルに対して前記トップテーブルを滑り接触させる第１の固体滑り機構と、前記トップテーブルと前記中間テーブルとの間に設けられ前記トップテーブルの移動方向を拘束する第１の転がり案内機構と、前記トップテーブルと前記転がり案内機構の間に形成された間隙に設けられた第１の板バネと、前記ベースに対して前記中間テーブルを駆動させるための第２の駆動機構と、前記ベースに対して前記中間テーブルを滑り接触させる第２の固体滑り機構と、前記中間テーブルと前記ベースとの間に設けられ前記中間テーブルの移動方向を拘束する第２の転がり案内機構と、前記中間テーブルと前記第２の転がり案内機構の間に形成された間隙に設けられた第２の板バネと、が設けられ、
前記第１の板バネは、前記トップテーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記トップテーブルの移動方向に直交する方向の前記トップテーブルの移動を拘束するように構成されており、
前記第２の板バネは、前記トップテーブル及び前記中間テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記中間テーブルの移動方向に直交する方向の前記中間テーブルの移動を拘束するように構成されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項１７】
請求項１６記載の試料ステージにおいて、
前記第１の転がり案内機構は、前記中間テーブルに装着された固定部材と、該固定部材に転がり軸受けを介して装着された可動部材とを有し、前記第１の板バネは該可動部材と前記トップテーブルを接続するように装着され、
前記第２の転がり案内機構は、前記ベースに装着された固定部材と、該固定部材に転がり軸受けを介して装着された可動部材とを有し、前記第１の板バネは該可動部材と前記中間テーブルを接続するように装着されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項１８】
請求項１６記載の試料ステージにおいて、
前記第１の固体滑り機構は、前記中間テーブルの上面に形成された水平案内面と、前記トップテーブルの下面に装着されたパッドとを有し、該パッドは前記水平案内面に滑り接触しており、
前記第２の固体滑り機構は、前記ベースの上面に形成された水平案内面と、前記中間テーブルの下面に装着されたパッドとを有し、該パッドは前記水平案内面に滑り接触していることを特徴とする試料ステージ。
【請求項１９】
請求項１６記載の試料ステージにおいて、
前記第１の板バネの中央部分は前記第１の転がり案内機構の可動部材に装着され、且つ、前記トップテーブルより離れており、前記第１の板バネの両端は前記トップテーブルの下面の装着され、
前記第２の板バネの中央部分は前記第２の転がり案内機構の可動部材に装着され、且つ、前記中間テーブルより離れており、前記第２の板バネの両端は前記中間テーブルの下面に装着されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項２０】
請求項１２から請求項１９のいずれか１項に記載の試料ステージを備えたことを特徴とする電子顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機械に使用される試料ステージに関し、特に、電子顕微鏡装置に使用して好適な試料ステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ上に形成したパターンの検査及び評価に、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと称す）が用いられる。近年の半導体素子の微細化に伴い、測長ＳＥＭを用いた検査及び評価にも高精度化が要求されている。そのため、半導体ウエハを搭載保持する試料ステージには、ナノメートルオーダの振動やドリフトを抑えることが要求される。従来、熱膨張及び収縮による試料ステージのドリフトを回避するための技術が開発されている。
【０００３】
一般に電子顕微鏡装置の試料ステージに用いられる案内機構として、転がり案内機構と固体滑り案内機構が知られている。転がり案内機構の特徴は、静摩擦力と動摩擦力の差が小さいので、ステージの微小送りに対する応答性がよく位置決めが正確にできる点にある。また、摩耗が少ないので長期間安定した位置決め精度が期待できる点も挙げられる。
【０００４】
しかしながら、転がり案内機構の非線形ばね特性により、ステージの移動後に、ステージを直前の移動方向と反対方向に引き戻す力（以下、ガイド戻り力と称す）が発生することが知られている。例えば、大塚二郎、坂戸啓一郎著、図解精密位置決め機構設計（工業調査会）を参照されたい。
【０００５】
固体滑り案内機構の特徴は、固体滑り面の剛性の高さが挙げられる。しかしながら、固体滑り案内機構では、移動テーブルの移動方向を一方向に拘束するための機構を設ける必要がある。例えば、摺動面にＶ字加工を施す例がある。また、特許文献１に記載の滑り軸受け案内機構では、垂直方向に案内面を設け、移動テーブルに垂直方向に取付けた滑りパッドをバネで押付けながら移動する機構が採用されている。
【０００６】
特許文献２には、サーボ制御を用いたステージ停止位置補正方法が開示されている。特許文献３には、ボールネジの温度上昇による熱ドリフトを回避するために、駆動用のロッドとテーブルのガイド部との間にギャップを空け、ロッドとテーブルとを機械的に分離した試料ステージが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２７１９５号公報
【特許文献２】特開２００７−０４２５１４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３４１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
転がり案内機構を用いると、摺動摩擦力の小さくなるが、ガイド戻り力が発生する問題がある。一方、固体滑り案内機構を用いると、微細振動、ドリフトが起こりにくく、且つテーブルの歪がなくなる。しかしながら、移動テーブルの移動方向を一方向に拘束するための機構を設ける必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構造で、微細振動、ドリフトが起こりにくく、且つテーブルの歪がなく、摺動摩擦力の小さい安価な試料ステージの提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
試料ステージは、ベースと、移動テーブルと、前記ベースに対して前記移動テーブルを駆動させるための駆動機構と、前記ベースに対して前記移動テーブルを滑り接触させる固体滑り機構と、前記移動テーブルと前記ベースとの間に設けられ前記移動テーブルの移動方向を拘束する転がり案内機構と、前記移動テーブルと前記転がり案内機構の間に形成された間隙に設けられた弾性部材と、を有する。
【００１１】
弾性部材は、前記移動テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ、前記移動テーブルの移動方向に直交する方向の前記移動テーブルの移動を拘束するように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単な構造で、微細振動、ドリフトが起こりにくく、且つテーブルの歪がなく、摺動摩擦力の小さい安価な試料ステージの提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の試料ステージの例を示す斜視図である。
【図２】本発明の試料ステージの構造の例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の試料ステージの断面構造の例を示す図である。
【図４Ａ】本発明の試料ステージの移動テーブルと駆動機構の連結機構の構造の例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の試料ステージの移動テーブルと駆動機構の連結機構の構造の他の例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の試料ステージの板バネの構造の一例を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の試料ステージの板バネの構造の他の一例を示す図である。
【図６】本発明の２軸型試料ステージの例を示す斜視図である。
【図７】本発明の２軸型試料ステージの他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明による２軸型試料ステージを搭載した電子顕微鏡装置の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して本発明の試料ステージの例を説明する。本例の試料ステージは、移動テーブル１０とベース２０を有する。ベース２０の上面には凹部２０３が形成され、その両側に水平案内面２０１、２０２が形成されている。ここで、図示のように、移動テーブル１０の移動方向にＸ軸をとり、それに直交する方向にＹ軸をとる。また、垂直上方にＺ軸をとる。移動テーブル１０の下面には、４つのパッド１１〜１４が装着されている。パッド１１、１２は、第１の水平案内面２０１に滑り接触しており、パッド１３、１４は、第２の水平案内面２０２に滑り接触している。水平案内面２０１、２０２とパッド１１〜１４によって、それぞれ固体滑り案内機構が構成される。水平案内面２０１、２０２は、平坦に且つ滑らかに形成される。パッド１１〜１４は、フッ素樹脂等の低摩擦係数材料によって形成される。こうして、水平案内面２０１、２０２とパッド１１〜１４の間の摩擦係数は小さな値となる。
【００１５】
ベース２０と移動テーブル１０の間には、転がり案内機構２１０と駆動機構２２０が設けられている。移動テーブル１０は、転がり案内機構２１０と固体滑り案内機構によって、Ｘ軸方向に案内されながら、駆動機構２２０によって駆動される。
【００１６】
図２は図１の試料ステージのうち、移動テーブル１０を取り除いた状態を示す。駆動機構２２０は、送りネジ２２１とナット２２２を有する。送りネジ２２１はＸ軸方向に沿って配置されている。図示しないモータによって送りネジ２２１を回転させると、ナット２２２は送りネジ２２１に対して相対的に移動する。送りネジ２２１の両端は、回転可能にベース２０に装着されている。即ち、送りネジ２２１は回転することができるが、軸線方向に移動することはできない。そこで、ナット２２２は送りネジ２２１に対して相対的に移動する。移動テーブル１０と駆動機構２２０のナット２２２は連結機構によって接続されている。尚、連結機構の例は、後に図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。従って、ナット２２２が軸線方向に移動すると、連結機構を介して移動テーブル１０も軸線方向に移動する。
【００１７】
転がり案内機構２１０には１対の板バネ２３１、２３２が装着されている。板バネ２３１、２３２は、移動テーブル１０の下面に装着される。移動テーブル１０がＸ軸方向に移動すると、板バネ２３１、２３２は移動テーブル１０と共にＸ軸方向に移動する。
【００１８】
図３は、図１の試料ステージの断面構成を示す。移動ステージ１０の下面には、両側の凸部１０１、１０２と中央の凸部１０３が形成されている。２つの凸部１０１、１０３の間に凹部１０４が形成され、２つの凸部１０２、１０３の間に凹部１０５が形成されている。両側の凸部１０１、１０２にパッド１１、１２、１３、１４が装着されている。
【００１９】
転がり案内機構２１０は、固定部材２１１と可動部材２１２を有し、両者の間には転がり軸受けが装着されている。従って、可動部材２１２は固定部材２１１に対して可動である。移動ステージ１０の下面と転がり案内機構２１０の間に間隙が形成されている。即ち、移動ステージ１０の下面の凹部１０４の底面と、転がり案内機構２１０の可動部材２１２の上面の間には間隙が形成されている。この間隙に、板バネ２３１、２３２が設けられている。板バネ２３１、２３２の中心部分は可動部材２１２に装着され、且つ、移動ステージ１０より離れている。板バネ２３１、２３２の両端は、移動テーブル１０の下面の２つの凸部１０１、１０３に装着されている。
【００２０】
本例の試料ステージでは、駆動機構２２０として送りネジ２２１とナット２２２を用いる例を説明した。駆動機構２２０としてリニアモータを用いてもよい。リニアモータの場合、駆動力をオフにすることにより、テーブルの移動方向の拘束が無くなる。この場合には、移動テーブルと駆動機構の間にギャップを設ける必要はない。
【００２１】
板バネ２３１、２３２の機能を説明する。移動テーブル１０の荷重は、２つの固体滑り案内機構と１つの転がり案内機構によって支持されている。駆動機構２２０は、移動テーブル１０の荷重を支持しない。転がり案内機構２１０によって分担する負荷は、板バネの弾性力に依存する。板バネの弾性力を大きくすることによって、転がり案内機構２１０によって分担する負荷は増加し、２つの固体滑り案内機構によって分担する負荷が減少する。板バネの弾性力を小さくすることによって、転がり案内機構２１０によって分担する負荷は減少し、２つの固体滑り案内機構によって分担する負荷が増加する。
【００２２】
板バネの弾性力は、バネ常数と変形量によって決まる。バネ常数は板バネの剛性によって決まる。変形量は、移動テーブル１０と転がり案内機構２１０の間の間隔によって決まる。本例では、板バネのバネ常数と、移動テーブル１０と転がり案内機構２１０の間の間隔の少なくとも一方を調節することによって、２つの固体滑り案内機構によって分担する負荷と転がり案内機構２１０によって分担する負荷の割合を調節することができる。例えば、パッド１１〜１４の磨耗を抑制する場合には、転がり案内機構２１０によって分担する負荷の割合を大きくし、２つの固体滑り案内機構によって分担する負荷を小さくすればよい。即ち、板バネの弾性力を調整することによって、２つの固体滑り案内機構における摺動摩擦力を小さくすることができる。即ち、本例によると、モータのトルクを変更することなく、移動ステージの高速化及び高加速度化を実現することができる。
【００２３】
試料ステージを長期間使用すると、パッドが摩耗し、パッドの厚さが減少する。これにより、移動テーブル１０と転がり案内機構２１０の間の間隔が変化する。しかしながら、移動テーブル１０と転がり案内機構２１０の間の間隔の変化は、板バネ２３１、２３２の変形によって吸収される。板バネ２３１、２３２の変形量の増加が僅かであれば、２つの固体滑り案内機構によって分担する負荷と転がり案内機構２１０によって分担する負荷の割合の変化は小さい。
【００２４】
板バネ２３１、２３２は、更に、ベース２０に対する移動ステージ１０のＹ軸方向の移動を阻止する機能を有する。板バネ２３１、２３２は、Ｙ軸方向に延びており、中央は転がり案内機構２１０の可動部材２１２に固定され、両端は移動テーブル１０に固定されている。板バネ２３１、２３２はＺ軸方向に変形するが、Ｙ軸方向に変形し難い。従って、板バネ２３１、２３２によって、移動ステージ１０のＹ軸方向の移動が阻止される。
図示の例では、板バネ２３１、２３２は、上に凸の形状であるが、下に凸の形状であってもよい。
【００２５】
本例では、転がり案内機構２１０に１対の板バネを設ける。板バネは、移動テーブル１０の荷重を弾性力によって支持し、且つ、移動テーブル１０のＹ軸方向の移動を防止する機能を有する。しかしながら、板バネは単なる例示であり、板バネと同様な機能を提供するなら、板バネ以外の弾性部材が用いられてよい。
【００２６】
本例の試料ステージの転がり案内機構案内機構２１０と固体滑り案内機構について説明する。転がり案内機構２１０は、移動ステージ１０のＸ方向の移動を許すが、移動ステージ１０のＹ方向の移動を阻止する。固体滑り案内機構は、ベースの水平案内面２０１、２０２と移動テーブルのパッド１１〜１４によって、それぞれが構成される。従って、固体滑り案内機構は、移動ステージ１０の水平方向の移動を許すが、移動ステージ１０の垂直方向の移動を阻止する。従って、転がり案内機構２１０と固体滑り案内機構の協働によって、移動ステージ１０の移動は、Ｘ軸方向に拘束される。
【００２７】
一般に電子顕微鏡装置の試料ステージに用いられる案内機構として、転がり案内機構と固体滑り案内機構が知られている。上述のように、転がり案内機構は、静摩擦力と動摩擦力の差が小さいという特徴を有するが、ガイド戻り力が発生する問題を有する。一方、固体滑り案内機構は、固体滑り面における剛性が高いという特徴を有するが、移動テーブルの移動方向を一方向に拘束するための機構が必要であるという問題がある。
【００２８】
しかしながら、本例によると、転がり案内機構と固体滑り案内機構の両者を用い、更に、板バネを用いる。そのため、転がり案内機構と固体滑り案内機構の両者の長所を利用することができると共に、それぞれの短所は除去される。例えば、転がり案内機構に生じるガイド戻り力の作用は、固体滑り案内機構によって阻止される。固体滑り案内機構では、移動テーブルの移動方向を一方向に拘束するための機構を設ける必要があるが、そのような機能は、板バネによって提供される。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、移動テーブル１０と駆動機構２２０の間の連結機構の例を説明する。図４Ａに示す例では移動ステージ１０の下面に凹部１０６を形成し、ナット２２０側にピン２２４を設ける。ピン２２４の外径は凹部１０６の内径より小さい。図示のように、移動ステージ１０の位置決めが完了した状態では、ピン２２４は移動テーブル１０に接触していない。移動テーブル１０を移動させる場合には、送りネジ２２１を回転させ、ピン２２４を移動ステージ１０の凹部１０６の内面に接触させる。送りネジ２２１を更に回転させると、ピン２２４の移動によって、移動テーブル１０が移動する。移動ステージ１０の位置決めが完了すると、送りネジ２２１を逆転させ、ピン２２４を僅かに戻す。それによって、図示のように、ピン２２４が移動テーブル１０に接触しない状態となる。
【００３０】
図４Ｂに示す例では移動ステージ１０の下面にピン１０７を設け、ナット２２０側に凹部２２５を設ける。ピン１０７の外径は凹部２２５の内径より小さい。図示のように、移動ステージ１０の位置決めが完了した状態では、移動テーブル１０のピン１０７はナット２２０側に凹部２２５に接触していない。移動テーブル１０を移動させる場合には、送りネジ２２１を回転させ、凹部２２５の内面をピン１０７を接触させる。送りネジ２２１を更に回転させると、凹部２２５の移動によって、移動テーブル１０が移動する。移動ステージ１０の位置決めが完了すると、送りネジ２２１を逆転させ、ナット２２０を僅かに戻す。それによって、図示のように、ピン１０７がナット２２０側の凹部２２５に接触しない状態となる。
【００３１】
図５Ａ及び図５Ｂを参照して板バネの構造の例を説明する。図５Ａに示す例では、板バネ２３３は、１枚の板バネ部材によって構成されている。板バネ２３３の弾性力を調整するには、板バネ部材の剛性を調整すればよい。この場合、板バネ２３３の剛性を調節するには、板バネ部材の厚さを調節する。図５Ｂに示す例では、板バネ２３４は、積層された複数個の薄い板バネ部材によって構成されている。この場合、板バネ２３４の剛性を調節するには、板バネ部材の枚数を調節すればよい。図５Ｂに示す、積層型の板バネ２３４の全体の厚さが、図５Ａに示す板バネの厚さと同一であるとする。積層数をｎとし、板バネ部材の間に生じる摩擦力を無視する。この場合、積層型の板バネ２３４のバネ定数は、図５Ａに示す板バネのバネ定数より１／ｎ2だけ小さくなる。これは、板バネ部材の積層によりテーブル摺動摩擦力の変化が、パッド摩耗に伴う移動テーブル２と転がり案内機構５間の寸法変化に鈍感になることを意味する。
【００３２】
図６を参照して本発明の試料ステージの他の例を説明する。本例の試料ステージは２軸ステージである。本例の試料ステージは、トップテーブル１０と中間テーブル２０とベース３０を有する。ここで、図示のように、トップテーブル１０の移動方向にＸ軸をとり、それに直交する方向にＹ軸をとる。垂直上方にＺ軸をとる。本例の試料ステージでは、トップテーブル１０は、図１の試料ステージの移動テーブル１０に対応し、中間テーブル２０は、図１の試料ステージのベースに対応する。中間テーブル２０の上面には凹部２０３が形成され、その両側に水平案内面２０１、２０２が形成されている。トップテーブル１０の下面には、４つのパッド（図示なし）が装着されている。水平案内面２０１、２０２とパッドによって、それぞれ固体滑り案内機構が構成される。中間テーブル２０とトップテーブル１０の間には、転がり案内機構２１０と駆動機構２２０と１対の板バネ（図示なし）が設けられている。板バネは、図２に示したように、転がり案内機構２１０に装着されている。トップテーブル１０は、転がり案内機構２１０と固体滑り案内機構によって、Ｘ軸方向に案内されながら、駆動機構２２０によって駆動される。
【００３３】
ベース３０の上面には凹部３０３が形成され、その両側に水平案内面３０１、３０２が形成されている。中間テーブル２０の下面には、４つのパッド（図示なし）が装着されている。水平案内面３０１、３０２とパッドによって、それぞれ固体滑り案内機構が構成される。中間テーブル２０とベース３０の間には、転がり案内機構３１１、３１２と駆動機構３２０と２対の板バネ（図示なし）が設けられている。板バネは、転がり案内機構３１１、３１２に装着されている。中間テーブル２０は、転がり案内機構３１１、３１２と固体滑り案内機構によって、Ｙ軸方向に案内されながら、駆動機構３２０によって駆動される。本例の２軸試料ステージでは、中間テーブル２０を移動させるとき、中間テーブル２０の上に装着されたトップテーブル１０も同時に移動させる。そのため、中間テーブル２０は、２個の転がり案内機構３１１、３１２によって案内される。こうして、２個の転がり案内機構３１１、３１２を使用するため、水平方向の剛性が向上する。
【００３４】
図７を参照して本発明の試料ステージの更に他の例を説明する。本例の試料ステージは、図６の試料ステージと比較すると、トップテーブル１０を移動させるための駆動機構の構造が異なる。本例の試料ステージでは、外部に設けた送り機構によってＸ軸方向に移動可能な押し棒１５が設けられている。押し棒１５の先端に係合部１７が設けられている。トップテーブル１０の端部にＹ軸方向に延びる凹部１６が設けられている。押し棒１５の係合部１７は、凹部１６に係合するように構成されており、両者によってスライド機構が構成される。押し棒１５は、Ｘ軸方向に可動であるが、Ｙ軸方向に移動することはできない。トップテーブル１０がＹ軸方向に移動しても、押し棒１５の係合部１７は、トップテーブル１０の凹部１６に係合している。従って、押し棒１５がＸ軸方向に移動すると、トップテーブル１０はＸ軸方向に移動する。
【００３５】
本例の試料ステージでは、中間テーブル２０を薄型に設計できるので、中間テーブル２０の駆動系に作用する負荷を軽減できる。また、特殊環境チャンバ内で本例の２軸型試料ステージを使用する場合、モータをチャンバの外側に配置可能となる。
【００３６】
図８を参照して本発明の電子顕微鏡装置の例を説明する。本例の電子顕微鏡装置は、試料室７２２とその上に装着された鏡筒７２４を有する。試料室７２２には、トップテーブル１０、中間テーブル２０及びベース３０が配置されている。トップテーブル１０上には、試料７２５が装着されている。試料室７２２の外面には、駆動チャンバ７２３が装着されている。駆動チャンバ７２３には、トップテーブル１０をＸ軸方向に駆動するためのモータ７３３が装着されている。試料室７２２の外面には、更に、中間テーブル２０を駆動するためのモータ７３３が装着されている。鏡筒７２４、試料室７２２および駆動チャンバ７２３内は真空状態に維持されている。
【００３７】
鏡筒７２４には、電子ビーム７２７を生成するフィラメント７２６、電子ビームを偏向させる偏向器７２８、電子ビームを絞る絞り７２９、電子ビームを収束させる電子レンズ７３０、試料７２５からの２次電子７３１を検出する２次電子検出器７３２等が設けられている。２次電子検出器７３２によって検出された２次電子信号に基づいて像表示装置に試料像が表示される。
【００３８】
本例の電子顕微鏡装置によると、試料ステージが停止後に微細振動やドリフトを起こしにくいので、安定した電子顕微鏡像が得られ像分解能が向上する。また、ステージ高速化にも対応するので、半導体素子製造、検査分野などで重要視されている装置スループットを向上させることが可能になる。
【００３９】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００４０】
１０…移動テーブル、トップテーブル、１１〜１４…パッド、１５…押し棒、１６…凹部、１７…係合部、２０…ベース、中間テーブル、３０…ベース、１０１、１０２、１０３…凸部、１０４、１０５、１０６…凹部、１０７…ピン、２０１、２０２…水平案内面、２１０…転がり案内機構、２１１…固定部材、２１２…可動部材、２２０…駆動機構、２２１…送りネジ、２２２…ナット、２２４…ピン、２２５…凹部、２３１、２３２、２３３、２３４…板バネ、３０１、３０２…水平案内面、３０３…凹部、３１１、３１２…転がり案内機構、３２０…駆動機構、７２２…試料室、７２３…駆動チャンバ、７２４…鏡筒、７２５…試料、７２６…フィラメント、７２７…電子ビーム、７２８…偏向器、７２９…絞り、７３０…電子レンズ、７３１…２次電子、７３２…２次電子検出器、７３３…モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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