(57)【要約】【課題】  簡素な駆動系で、ボールネジに塗布されたグリスの粘性抵抗によるドリフトを抑制して高精度な位置決め性能を有するステージ装置を実現すること。【解決手段】  上記目的を達成する手段として、テーブルを移動させるためにモータからの回転運動を直線運動に変換するボールネジに取り付けられるナットを二個とした。そして、一つのナットにテーブルを連結するとともにもう一方のナットの回転運動を抑制する回転止め手段を設けた。さらに前記ナットの間にはばね部材、あるいは弾性部材を設け、両ナット間には引っ張り力、あるいは圧縮力が作用するようにした。【選択図】図２
2008290196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータと連結されたボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに連結されたボールネジナットと、このボールネジナットに連結部材を介して取付けられたテーブルとを備えたステージ装置において、
前記ボールネジシャフトには回転自在の第１と第２のボールネジナットが取付けられ、この第１と第２のボールネジナットのうち第１のボールネジナットには前記連結手段を介して前記テーブルが連結され、前記第１と第２のボールネジナットの間には弾性部材が取付けられるとともに、前記第２のボールネジナットには回転を抑止する回転止めが取付けられていることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１記載のステージ装置において、
前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に圧縮力を作用させる部材であることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項１記載のステージ装置において、
前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に引っ張り力を作用させる部材であることを特徴とするステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な位置決め性能を要求される検査装置等に用いられるステージ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の対象であるステージ装置を適用した装置として、走査電子顕微鏡がある。
【０００３】
この走査電子顕微鏡は、電子銃で発生した電子ビームをコンデンスレンズと対物レンズを通して試料室内の試料移動用テーブルの上に取付けられた試料上を走査しながら照射し、試料から出てくる二次電子を二次電子検出器で捉えて試料表面を観察する装置である。
【０００４】
近年、半導体の不良解析において、特定のセルを走査電子顕微鏡で捉えて解析するニーズが高くなってきており、従来にも増してテーブルの位置決め性能を向上させることが不可欠となっている。このテーブルの位置決め性能を阻害する要因の一つとして、テーブルを停止させた後に発生するドリフトがある。
【０００５】
このドリフトは、テーブルを駆動するためにモータの回転運動を直線運動に変換するボールネジや、ボールネジへ回転力を伝達するためのユニバーサルジョイントやベアリングなどの駆動機構要素内部に蓄積されるテーブル移動方向の弾性歪や、ボールネジに塗布されるグリス等の粘性抵抗などが要因と考えられている。
【０００６】
このドリフトを防止する手段として、例えば特許文献１のようにテーブルの移動方向に弾性歪が蓄積しないような駆動機構を備えた技術が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９７１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載されたテーブル移動装置は、上述したようにテーブルを移動させるためにボールネジに回転力を伝達する際、このボールネジに軸方向の力やたわみを生じさせる力が作用することを防止するためのものである。
【０００９】
この特許文献１では、ボールネジに連結されるナットが設けられた移動可能なテーブルを備えている。前記ボールネジを回転可能に支持しかつ前記テーブルを前記ボールネジの軸方向に移動可能に支持するテーブル支持部材を備えている。前記ボールネジに一体的に装着されたシャフト装着スパーギヤを備えている。前記テーブル支持部材に回転可能に支持されかつ前記ボールネジに平行な平行回転軸および前記平行回転軸に交差する交差回転軸を備えている。前記平行回転軸に一体的に装着されかつ前記シャフト装着スパーギヤとかみ合う平行回転軸スパーギヤを備えている。前記平行回転軸に一体的に装着された第一のベベルギヤを備えている。前記交差回転軸に一体的に装着された第二のベベルギヤを備えている。前記交差回転軸と伸縮可能な伸縮ロッドの一端部である出力端部とを連結する出力側ユニバーサルジョイントを備えている。前記伸縮ロッドの他端部である入力端部と回転駆動される駆動軸の一端部と連結する入力側ユニバーサルジョイントを備えている。さらに前記駆動軸を回転駆動する駆動装置を備えた構成となっている。
【００１０】
この構成では、テーブルを駆動する際に平行回転軸には軸方向に周期的な力が作用して周期的な往復移動が生じたり、第一のべべルギヤが装着された部分を湾曲させるような力が作用したりする。しかし平行回転軸およびそれに装着された平行回転軸装着スパーギヤが軸方向に往復移動しても、前記平行回転軸装着スパーギヤとそれにかみ合うシャフト装着スパーギヤとは共にスパーギヤであるため、前記シャフト装着スパーギヤおよびこれが装着されたボールネジには軸方向の力はほとんど作用しない。したがって、前記テーブルを移動させるためのボールネジに回転力を伝達する際、前記ボールネジに軸方向の力やたわみを生じさせる力が作用することを防止する。
【００１１】
しかしながら、この構成のようにボールネジへ軸方向の力が作用しないように駆動機構系を構成すると、特許文献１で示されたようなスパーギヤや平行回転軸などの機構部品が増えてしまい、ステージ装置が大型化してしまう。
【００１２】
また何度もギヤを介して動力伝達を行うため、ギヤ間に存在するバックラッシが位置決め精度に影響するといった問題がある。さらに上記の特許文献１は、ボールネジとこれに連結したナットとの間に作用する軸方向の力を抑制することはできないためボールネジに塗布されたグリスの粘性抵抗によるドリフトの抑制には効果がなく、またこれによるドリフトの対策に関しても何ら開示されていない。
【００１３】
本発明の目的は、特にボールネジに塗布されたグリスの粘性抵抗によるドリフトを抑制し、上述のテーブルの高精度な位置決め性能と簡素な駆動系といった課題を解決するステージ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、駆動モータと連結されたボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに連結されたボールネジナットと、このボールネジナットに連結部材を介して取付けられたテーブルとを備えたステージ装置において、前記ボールネジシャフトには回転自在の第１と第２のボールネジナットが取付けられ、この第１と第２のボールネジナットのうち第１のボールネジナットには前記連結手段を介して前記テーブルが連結され、前記第１と第２のボールネジナットの間には弾性部材が取付けられるとともに、前記第２のボールネジナットには回転を抑止する回転止めが取付けられていることにより達成される。
【００１５】
また上記目的は、前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に圧縮力を作用させる部材であることにより達成される。
【００１６】
また上記目的は、前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に引っ張り力を作用させる部材であることにより達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ボールネジに取付けられたボールネジナットに軸方向の力が作用し、ナットがボールネジのネジ山へ押し付けられ、ボールネジの軸部とナット部の間でガタをなくすことができる。したがって、ボールネジが停止された後であってもボールネジに塗布されたグリスがガタ部へ入りこむことがないので、簡素な機構系の構成で高精度の位置決め性能を有するステージ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明における実施形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の一実施例を備えたステージ装置の上面図である。
【００２０】
図２は、図１に示したステージ装置の側面図である。
【００２１】
図３は、図２に示したステージ装置の部分断面図である。
【００２２】
なお、実際の検査装置ではｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の三軸方向の移動や回転などの移動を実現するステージが組み合わされたステージ装置となっているが、本実施例では基本的な一軸のステージの例を示している。
【００２３】
図１に示すように、ステージ装置１００には試料や他のステージ装置が搭載されるテーブル１が取付けられている。２はテーブル１に固定され所定の移動方向に滑らかに移動させるとともに移動方向の案内機能を有するリニアガイドである。３はリニアガイド２が取付けられるベースである。４はテーブル１を駆動する駆動源となるモータである。５はモータ４からの回転運動をテーブルが直線的に運動するように運動変換を行うボールネジである。６は前記モータ４からの回転力を前記ボールねじへ伝達するためのテレスコープジョイントであり、７は中間軸である。８は中間軸７とボールネジ５の間を連結するカップリングである。
【００２４】
図２に示すように、ボールネジ５（図１に示す）はボールネジシャフト５１と二つのボールネジナット５２，５３から構成されている。このボールネジシャフト５１は回転自在となるように図１に示すベース３の支持部３１，３２に図示されないベアリングを介して支持されている。これらのベアリングにはボールネジ５の軸方向のガタを抑制するために、予圧ネジ９で予圧がかけられている。また中間軸７もベースの支持部３３に回転自在となるようにやはり図示されないベアリングを介して支持されている。
【００２５】
ボールネジ５の一つのボールネジナット５２には、図２，図３に示すようにテーブル固定部材１０が固定されて取付けられている。また、テーブル固定部材１０とテーブル１とは連結部材１１で固定連結されている。
【００２６】
もう一方のボールネジナット５３は、軸方向に弾性変形可能なカップリング１２で連結固定されている。またカップリング１２は、前記テーブル固定部材１０のカップリング固定部１０Ａに連結固定されている。カップリング１２は、軸方向には変形可能であるが回転方向にはほとんど変形しない。また、カップリング固定部１０Ａとボールネジナット５３にネジ固定されているため、カップリング１２はボールネジナット５３の回転止め部材としての機能も有している。
【００２７】
図４は、図１のステージ装置における力の作用の説明する図である。  
図５は、図１のステージ装置における他の実施例における力の作用を説明する図である。  
図６は、他のステージ装置の実施例を示す図である。
【００２８】
カップリング１２とボールネジナット５３との固定は、ボールネジナット５２とボールネジシャフト５１との間に圧縮力を作用するか引っ張り力を作用させるかによって異なってくる。両ナットの間に図４の矢印Ａで示すような引っ張り力を作用させる場合には、所定の引っ張り力が作用するようにカップリング１２を軸方向に所定量だけ縮ませて変形させた状態でカップリング固定部１０Ａとボールネジナット５３へ固定する。この場合には、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のボールネジナット５３と反対側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２と反対側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
【００２９】
一方、両ナットの間に図５に示す矢印Ｂのように圧縮力を作用させる場合には、所定の圧縮力が作用するようにカップリング１２を軸方向に初期状態より所定量だけ伸ばして変形させた状態でカップリング固定部１０Ａとボールネジナット５３の円筒部５３Ａへネジで固定する。この場合には、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のナット５３側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
【００３０】
このようにボールネジ５のナットを二つとしてその間に引っ張り力Ａ、あるいは圧縮力Ｂを作用させることでボールネジシャフト５１とテーブルに連結されたボールネジナット５２の間のガタを抑制することでボールネジに塗布されたグリスがガタ内に流入することを防ぎ、これによって発生すると考えられるドリフトを抑制することができる。
【００３１】
このようにボールネジシャフト５１とボールネジナット５２，５３の間のガタを抑制するためには軸方法に力を作用させることが必要となるため、ボールネジの寿命にも関係する。しかしながら、本実施例のように軸方向に作用する力が両ナット間に設けた弾性部材としてのカップリング１２の材質，寸法の選定や初期の変形量でドリフトを抑制するには十分でかつ寿命にほとんど影響しない小さな力を軸方向に作用させることができる。
【００３２】
上述の実施例ではカップリング１２をボールネジナット５２とカップリング固定部１０Ａとの間で連結したものを示したが、これは図６に示すようにボールネジの両ナットであってもよい。この実施例においては、カップリング１２は一方のボールネジナット５２の円筒部５２Ａともう一方のボールネジナット５３の円筒部５３Ａにネジで固定連結されている。このように取付けることで、テーブル固定部材１０の形状を簡単化することができる。なお、このような取付け形態であっても取付け方法は図１に示す実施例と全く同様であるため同様の効果を得ることができる。
【００３３】
なお、両ナットの間に引っ張り力が作用した状態にするか、圧縮力が作用した状態にするかは、テーブルの駆動の方法や駆動方向の回数の大小などによって定められるものであり限定されるものではない。
【００３４】
本発明の効果は、これが複数の構成となった場合でも何ら変わるものではない。
【実施例２】
【００３５】
図７は、本発明が適用されるステージ装置の他の実施例である。  
図８は、本実施例を説明するための部分詳細説明図である。  
図９は、他のステージ装置の実施例を示した図である。  
ボールネジ５の一つのボールネジナット５２には、図７に示すようにテーブル固定部材１０が固定して取付けられている。また、テーブル固定部材１０とテーブル１とは連結部材１１で固定連結されている。また、もう一方のボールネジナット５３は、単にボールネジシャフト５１に取付けられた状態で回転自在に運動するように保持されている。
【００３６】
ボールネジナット５２と５３の間には圧縮ばね１３が取付けられており圧縮ばね１３のばね力がボールネジナット５２と５３に作用するように圧縮ばね１３とボールネジナット５２，５３は接触している。
【００３７】
さらに本実施例では、テーブル固定部材１０と連結部材１１との間に、テーブル固定部材と共締めされた形でボールネジナット５３の回転止め部材１４が設けられている。この回転止め部材１４とボールネジナット５３の間には図８に示すようにわずかに隙間が設けられている。このため、ボールネジシャフト５１が回転するとわずかにボールネジナット５３も回転するが、ボールネジナット５３のフランジ部５３Ｂが回転止め部材１４に接触すると回転が止まり、ボールネジナット５３は軸方向へ移動する。
【００３８】
この実施例では、両ボールネジナット５２と５３間の距離は、両ボールネジナットに作用する力がドリフト抑制に十分でかつボールネジの寿命に影響しない力となるような圧縮ばねの圧縮量になるように設定されている。このように圧縮ばねを両ボールネジナット間に設けることで、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のボールネジナット５３と反対側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２と反対側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
【００３９】
両ナット間に設けられるばね部材は図９に示すような引っ張りばねでもよい。この実施例では、両ボールネジナット５２，５３にネジで固定されたばね連結部材１５，１６に引っ張りばね１７が掛けられ、両ボールネジの間に力を作用させている。この場合には、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のボールネジナット５３側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
【００４０】
実施例１でも述べたように、ボールネジシャフト５１とボールネジナット５２，５３の間のガタを抑制するためには軸方法に力を作用させることが必要となるため、ボールネジの寿命にも関係する。しかし、本実施例のように一方のナットの位置を製作者が適正値に設定できるような構成とすることで、軸方向に作用する力が両ナット間に設けた弾性部材としてのカップリング１２の材質，寸法の選定や初期の変形量でドリフトを抑制するには十分でかつ寿命にほとんど影響しない小さな力を軸方向に作用させることができる。
【００４１】
なお、両ナットの間に引っ張り力が作用した状態にするか、圧縮力が作用した状態にするかは、テーブルの駆動の方法や駆動方向の回数の大小などによって定められるものであり限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例を備えたステージ装置の上面図である。
【図２】図１に示したステージ装置の側面図である。
【図３】図２に示したステージ装置の部分断面図である。
【図４】図１のステージ装置における力の作用の説明する図である。
【図５】図１のステージ装置における他の実施例を説明する図である。
【図６】他のステージ装置の実施例を示す図である。
【図７】本発明が適用されるステージ装置の他の実施例である。
【図８】本実施例を説明するための部分詳細説明図である。
【図９】他のステージ装置の実施例を示した図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  テーブル
２  リニアガイド
３  ベース
４  モータ
５  ボールネジ
１０  テーブル固定部材
１２  カップリング
１３  圧縮ばね
１７  引っ張りばね
５１  ボールネジシャフト
５２，５３  ボールネジナット
【図１】
2008290196.tif 000003
【図２】
2008290196.tif 000004
【図３】
2008290196.tif 000005
【図４】
2008290196.tif 000006
【図５】
2008290196.tif 000007
【図６】
2008290196.tif 000008
【図７】
2008290196.tif 000009
【図８】
2008290196.tif 000010
【図９】
2008290196.tif 000011