(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動テーブルと該移動テーブルを搭載するベースとを有し、該ベース上に配置された第一滑り案内面および第二滑り案内面を少なくとも備えた試料ステージにおいて、
前記移動テーブルは、
前記第二滑り案内面と滑り接触するように、前記移動テーブルの移動方向に沿って固定配列された第一パッドおよび第二パッドと、
前記第一滑り案内面と滑り接触するように、前記移動テーブルに固定された第三パッドと、
前記移動テーブルの移動方向と平行、かつ前記第一滑り案内面および前記第二滑り案内面と滑り接触する面と垂直であり第一パッドおよび前記第二パッドよりも前記第三パッドに近い方の前記移動テーブルの側面に、前記移動テーブルの移動方向に沿って固定配列された第四パッド及び第五パッドを備え、
前記ベースは前記第四パッド及び前記第五パッドと滑り接触する第三滑り案内面とを有し、
前記移動テーブルの移動方向に対し、前記第三パッドは前記第四パッドと前記第五パッドの間に配置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に記載の試料ステージにおいて、
前記第四パッドと前記第五パッドは前記移動テーブルの側面のそれぞれ両端部に固定されていることを特徴とする試料ステージ。
【請求項３】
請求項１に記載の試料ステージにおいて、
前記第一パッド、第二パッド、及び第三パッドに予圧を与える第一予圧手段と、
前記第四パッド及び第五パッドに予圧を与える第二予圧手段を備えることを特徴とする試料ステージ。
【請求項４】
請求項１に記載の試料ステージにおいて、
送りナットが横ずれ吸収機構を介して前記移動テーブルに締結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に記載の試料ステージにおいて、
前記移動テーブル上に新たにベースを備え、該ベース上に前記移動テーブルの移動方向とは直交する方向に移動できる移動テーブルを搭載することを特徴とする試料ステージ。
【請求項６】
請求項１に記載の試料ステージにおいて、
前記移動テーブルを移動させる移動手段を有し、
前記ベースは、前記第一滑り案内部と第二滑り案内部の間に該移動手段を搭載する移動手段設置部を備えることを特徴する試料ステージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子顕微鏡用の試料ステージにかかわり，特に半導体素子製造分野における検査観察用の電子顕微鏡用試料ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子顕微鏡用の試料ステージの案内機構には、従来より転がり案内機構が用いられている。しかし、転がり案内機構は、停止時の摺動方向の剛性が低く、微細振動が生じやすいという問題点があるため、近年、フッ素樹脂等の低摩擦係数材料を用い、固体滑りを利用した滑り案内機構の利用が提案されるに至っている。この種の機構を利用したステージの例としては，特開平７−２７１９５号公報に記載のものなどがある。
【０００３】
特開平７−２７１９５号公報に記載のものでは，1軸ステージにおいて、固体滑りを利用した滑り案内機構によりテーブル移動方向と直行する水平および垂直方向の移動を拘束する機構構造において、滑りパッドの一部をヒンジ機構によって支持しつつバネで案内面に押し付ける機構を採用することによって、滑りパッドの磨耗等による経時変化に対しても高い移動精度を維持する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年，電子顕微鏡は半導体素子の製造分野において検査・観察用途に多く用いられている。これらの用途に用いる電子顕微鏡は，シリコンウェハを切断せずに観察出来るように，少なくともウェハの直径を上回る可動範囲を持つ大型の試料ステージを備える必要がある。
【０００５】
しかるに，このように大型の試料ステージは，機械共振周波数が低下するため，外部からの振動を拾いやすくなるという問題がある。半導体製造ラインは一般にクリーンルーム環境であるため，空調から生ずる５０〜２００Ｈｚ程度の振動のレベルが高く，上記の機械共振周波数がこの領域にまで低下するとその影響は深刻なものとなる。
【０００６】
機械共振周波数を向上するためには、固体滑りを利用した案内機構の採用による案内剛性の向上が有効であるが、一方で、固体滑り案内はその剛性の高さゆえに、案内面の加工精度が低く平面度が悪いと、それに倣うことにより移動テーブルの歪が生じたり、あるいは滑りパッドの離れを生じて移動精度の低下を招きやすいという欠点がある。
【０００７】
特開平７−２７１９５号公報に開示された方法では，水平方向の拘束を行う滑りパッドの組の片側をヒンジ機構により可動としているため、滑りレールの取り付け平行度が悪くても滑りパッドの当たりが確保されるという効果があるが、一方で、垂直方向の拘束を４つのパッドで行っている為、滑りレール上面の平面度が悪いとパッドの一つが浮き上がるか、あるいは押し付け力が強い場合には、テーブルが歪んでしまうという問題を生ずる。
【０００８】
また、これに加えて固体滑り案内では、摺動に伴う滑りパッドの磨耗により、長期的にテーブルの拘束位置が徐々に変化し、この結果、送りねじや送りナットに無理な力が加わったり、歪を生じやすいという欠点がある。
【０００９】
特開平７−２７１９５号公報に開示された方法では，滑りパッドの磨耗により、レールに対するテーブルの高さが徐々に下がり、また、ヒンジを設けたと反対側のレールの側にテーブルが寄って行く現象が生じ、この結果として送りねじに無理な曲げ力が加わるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は，これらの問題点を解決し，微細振動に強い固体滑り案内機構を用いながら、パッドの浮き上がりやテーブルの歪がなく、滑りパッド磨耗に伴う送りねじや送りナットの歪を防ぐことのできる試料ステージの構造を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、移動テーブルが３つのパッドによりベース上の水平面と滑り接触するようなステージ構成において、パッドのうちの２つが移動テーブルの移動方向に対し平行に位置するように配列するとともに、パッドの残りのひとつに近接した位置に垂直滑り案内面を設け、移動テーブルが別の２つのパッドにより垂直滑り案内面に滑り接触するように試料ステージを構成する。
【００１２】
また，本発明では，ベース上に２本の水平滑り案内面を備えたステージ構成において、移動テーブルが２つのパッドにより片方の水平滑り案内面に滑り接触し、１つのパッドによりもう片方の水平滑り案内面に滑り接触し、後者の水平滑り案内面に近接した位置に設けた垂直滑り案内面と移動テーブルが２つのパッドにより滑り接触するように試料ステージを構成する。
【００１３】
また、本発明では、上記の試料ステージ構成において、送りナットと移動テーブルの間に横ずれ吸収機構を設けた構成とする。
【００１４】
一般に，滑り案内機構を利用した試料ステージにおいては、垂直方向の変位を拘束するパッドを４個所に設ける。その理由は、拘束が３個所のみであると、移動テーブルのオーバーハング量すなわち、３つの拘束点を頂点とする３角形の外側へのはみ出し部分が大きくなり，試料テーブルの厚み方向のたわみによる微細振動が生じやすくなるためである。
【００１５】
このため、通常は、４点で垂直方向の拘束を行うが、良く知られているように部材を４点で拘束するのは過剰拘束であり、水平案内面の平面度が悪いと浮き上がりや試料テーブルの歪が生じやすい。これを避ける為に、水平案内面の加工精度や設置精度を高くとるのが普通であるが、それを行ったとしても、ベースを別の土台に取り付ける際に、土台の面精度が悪い為にベースに歪が生じ、水平案内面の平面度が劣化して、結果としてパッドの面当たりが劣化する現象などが起こりがちである。
【００１６】
本発明ではこの問題を解決する為、図１に示す通り、移動テーブル２が、パッドＡ２１、パッドＢ２２、パッドＣ２３の３箇所において水平滑り面Ａ１１、および水平滑り面Ｂ１２に対し垂直方向に拘束される構造とし、さらにパッドＤ２４、パッドＥ２５により、移動テーブル２が垂直滑り面１３に接触する構造を用いる。
【００１７】
パッドＤ２４、パッドＥ２５は垂直方向に滑りが可能な為、移動状態では、移動テーブル２はパッドＡ２１、パッドＢ２２、パッドＣ２３の３点のみによる垂直方向の拘束で常に安定な状態にある。このため、たとえ、水平滑り面Ａ１１、および水平滑り面Ｂ１２の平面度が悪くても、過剰拘束によるテーブルの歪やパッドの浮き上がりが生じない。
【００１８】
一方、停止状態では、パッドＤ２４、パッドＥ２５に静摩擦が働くので、移動テーブル２のたわみによる振動は防止される。
【００１９】
また、固体滑り案内機構では、パッドの磨耗により、長期間の運転に伴ってパッドの厚みが減少し、これによって移動テーブルの拘束位置が次第に案内面に近づいていく現象が起こる。この際、送りナットと試料テーブルが剛に締結されていると、送りねじに曲げ力が加わったり、逆に、その反力によって試料テーブルのパッドの当たりが悪くなったりする現象が生じやすい。
【００２０】
本発明ではこの問題を解決する為、図５および図６に示すように、送りナット４と移動テーブル２の締結部分に横ずれ吸収機構４３を設ける。
【００２１】
板バネＡ５１は、水平面内で送りねじ３と垂直な方向にのみ変形が可能であるため、結合部材Ｂ５４は送りナット４に固定された結合部材Ａ５３に対し、この方向にのみ可動に支持される。また、板バネＢ５２は、鉛直方向にのみ変形が可能であるため、移動テーブル２に固定された結合部材Ｃ５５に対し、結合部材Ｂ５４は鉛直方向にのみ可動に支持される。
【００２２】
この構造により、送りナット４は、送り方向と垂直な２方向に関して可動な状態で、移動テーブル２に締結されることになり、移動テーブル２の拘束位置が変化しても無理な力が送りナットや送りねじにかかることが防止される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一の実施例である試料ステージを示す斜視図である。試料ステージ全体はベース１，移動テーブル２，及び移動テーブル２を移動させるための駆動・案内機構から構成されている。
【００２４】
ベース１には、移動テーブル２を案内する為の水平案内面Ａ１１、水平案内面Ｂ１２が設けられ、さらに水平案内面Ｂ１２に近接した位置に垂直案内面１３が設けられている。
【００２５】
移動テーブル２には、水平案内面Ｂ１２と滑り接触するパッドＡ２１およびパッドＢ２２、水平案内面Ａ１１と滑り接触するパッドＣ２３、垂直案内面１３と滑り接触するパッドＤ２４、およびパッドＥ２５が設けられ、さらに、これらのパッドに予圧、すなわち押し付け力を与える為の予圧手段Ａ３１および予圧手段Ｂ３２が設けられている。
【００２６】
図２は本実施例の断面図であり、図３は予圧手段Ａ３１を示す斜視図、図４は予圧手段Ｂ３２を示す斜視図である。予圧手段Ａ３１および予圧手段Ｂ３２には、支持部材３３および車輪３４が備えられている。車輪３４は、支持部材３３により回転可能に支持され、支持部材３３に設けられた板バネ部分の効果により、ベース１に対し押し付けられる。
【００２７】
通常、固体滑りパッドの静止最大摩擦係数は０．１から０．２程度である為、予圧手段Ａ３１の２つの車輪３４の押し付け力を同程度にしておけば、側方への押し付け力によるパッドＤ２４およびパッドＥ２５の静止最大摩擦力は、下方への押し付け力に打ち勝つほど大きくはならないから、垂直方向に関し移動テーブル２は、パッドＡ２１、パッドＢ２２、およびパッドＣ２３の接触によって定まる位置に安定することになる。
【００２８】
図５は移動テーブル２を下側から見た斜視図、図６は移動テーブル２を真下から見た平面図である。送りナット４は、結合部材Ａ５３、結合部材Ｂ５４、結合部材Ｃ５５、および板バネＡ５１、板バネＢ５２より構成される横ずれ吸収機構４３を介し、移動テーブル２に結合されている。
【００２９】
送りナット４に固定された結合部材Ａ５３と結合部材Ｂ５４は水平面内で送りねじ３と垂直な方向にのみ変形が可能な板バネＡ５１で結合され、また、移動テーブル２に固定された結合部材Ｃ５５と結合部材Ｂ５４は、鉛直方向にのみ変形が可能な板バネＢ５２によって結合されている。このため、送りナット４を、送り方向と垂直な２方向に関して可動な状態で移動テーブル２に結合することが可能となっている。
【００３０】
図７および図８は、横ずれ吸収機構４３の別の構造の例を示す図である。この例では、送りナット４に固定された結合部材Ａ５３と移動テーブル２に固定された結合部材Ｃ５５を、両端に円形断面の２軸ヒンジ構造を有する連結棒５６により結合している。２軸ヒンジの弾性たわみにより、前の例と同様に、送りナット４を、送り方向と垂直な２方向に関して可動な状態で移動テーブル２に結合することが可能である。
【００３１】
図９は本発明の別の実施例であるＸＹステージを示す斜視図である。本実施例では、前の実施例である１軸の試料ステージと同じ構造のステージを２段に積み重ねてＸＹステージを構成している。積み重ね構造のＸＹステージは一般に背が高く、重量も大きくなるが、本実施例では、Ｘ移動テーブル４１、およびＹ移動テーブル４２のたわみによる微細振動の発生がないため、これらの部材を薄く設計することが可能である。また、ベース１のたわみによってもパッドの当たりの劣化等を生じることが少ない為、ベースの薄型化も可能であり、全体として薄型で軽量なＸＹステージが実現可能である。
【００３２】
図１０は本発明のさらに別の実施例であるＸＹステージを示す斜視図である。本実施例では、積み重ね構造のＸＹステージにおいて、上側のステージに送りねじを設けず、外部に設けた送り機構から押し棒５６を介してＹ移動テーブル４２を駆動する。Ｘ移動テーブルの移動に対応するため、押し方向と垂直な方向にスライドが可能なスライド結合部５７を設けている。本実施例の効果も上記の実施例と同様であり、薄型で軽量なＸＹステージが実現可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば，微細振動に強い固体滑り案内機構を用いながら、パッドの浮き上がりやテーブルの歪がなく、滑りパッド磨耗に伴う送りねじや送りナットの歪を防ぐことのできる試料ステージの構造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である試料ステージを示す斜視図。
【図２】試料ステージを示す断面図。
【図３】与圧手段Aの構造の一例を示す斜視図。
【図４】与圧手段Bの構造の一例を示す斜視図。
【図５】試料テーブルの構造の一例を示す斜視図。
【図６】試料テーブルの構造の一例を示す平面図。
【図７】試料テーブルの構造の別の例を示す斜視図。
【図８】試料テーブルの構造の別の例を示す平面図。
【図９】本発明の別の実施例であるＸＹステージを示す斜視図。
【図１０】本発明のさらに別の実施例であるＸＹステージを示す斜視図。
【符号の説明】
１…………ベース、
２………移動テーブル、
３………送りねじ、
４………送りナット、
１１………水平滑り面A、
１２………水平滑り面B、
１３………垂直滑り面、
２１………パッドA、
２２………パッドB、
２３………パッドC、
２４………パッドD、
２５………パッドE、
３１………予圧手段A、
３２………与圧手段B、
３３………支持部材、
３４………車輪、
４１………X移動テーブル、
４２………Y移動テーブル、
４３………横ずれ吸収機構、
５１………板バネA、
５２………板バネB、
５３………結合部材A、
５４………結合部材B、
５５………結合部材C、
５６………押し棒、
５７………スライド結合部。
【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】
0003928373.tif 000009
【図９】
0003928373.tif 000010
【図１０】
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