(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内面を有するベースと、
案内面上に配置された試料台と、
案内面の存する平面上の任意の一方向と略平行方向（Ｘ軸方向)に部材を移動させるＸ軸ステージと、
Ｘ軸ステージと接続し、Ｘ軸ステージに移動される部材であって、試料台とも接続している試料台連結材と、
Ｘ軸ステージと接続し、Ｘ軸方向と直交する方向と略平行方向にＸ軸ステージを移動させる、ベースに固定されたＹ軸ステージと、
を有する移動ステージ装置。
【請求項２】
案内面を有するベースと、
案内面上に配置された試料台と、
案内面の存する平面上の任意の一方向と略平行方向（Ｘ軸方向)に部材を移動させるＸ軸ステージと、
案内面上における試料台の周囲を囲みＸ軸ステージと接続し、Ｘ軸ステージに移動されるフレームと、
フレームと試料台とを接続する一又は複数の試料台連結材と、
Ｘ軸ステージと接続し、Ｘ軸方向と直交する方向と略平行方向にＸ軸ステージを移動させる、ベースに固定されたＹ軸ステージと、
を有する移動ステージ装置。
【請求項３】
前記試料台連結材が弾性体によって構成された、請求項１又は２に記載の移動体ステージ装置。
【請求項４】
前記Ｙ軸ステージが前記ベースの側面で、ベース案内面よりも下側に固定された、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動体ステージ装置。
【請求項５】
Ｙ軸ステージとＸ軸ステージとを弾性体で連結した、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の移動体ステージ装置。
【請求項６】
Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージの少なくとも一方が、一又は複数の案内ガイドに沿って移動する機構の、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の移動体ステージ装置。
【請求項７】
Ｘ軸ステージが、試料台連結材と接続し、Ｘ軸方向に移動されるスライダと、Ｘ軸方向と略平行方向に延在する、前記ステージを貫通するＸ軸送りねじとを備えた凹型構造であり、スライダは、前記Ｘ軸送りねじに沿って移動される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の移動体ステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物質の表面形状や物性を計測する走査型プローブ顕微鏡や各種顕微鏡、表面形状計測装置、表面粗さ測定装置、各種精密測定器あるいは各種検査装置などに用いられる移動ステージ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡や各種顕微鏡、表面形状計測装置、表面粗さ測定装置あるいは各種精密測定器においては、被観察物あるいは被測定物を所定の場所に位置決めすると同時に、外部からの振動などの外乱によるノイズを少なくするために、観察ヘッドあるいは検出ヘッドから被観察物あるいは被測定物までの系の剛性を高めることが要求されている。
【０００３】
図１２は走査型プローブ顕微鏡あるいは表面形状計測装置に用いられる移動ステージ装置の従来例を示すもので、これはベース１の水平な案内面１ａ上に、直交する２方向すなわちＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ移動可能なＸ軸ステージ３とＹ軸ステージ２が重ねて配置され、この重ねられた２つのステージの上に試料台６が載置されている。Ｘ軸ステージ３はＸ軸駆動モータ２０と、このＸ軸駆動モータ２０に連結されているＸ軸送りねじ２１によって、Ｘ軸案内ガイド２２に案内されて、Ｘ軸方向に移動する。同様に、Ｙ軸ステージ２はＹ軸駆動モータ１７と、このＹ軸駆動モータ１７に連結されているＹ軸送りねじ１８によって、Ｙ軸案内ガイド１９に案内されてＹ軸方向にそれぞれ試料台６を移動する。
【０００４】
さらに、ベース１上に門型の支柱８が固定されており、そのほぼ中央部にＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向に移動可能なＺ軸ステージ９が連結され、このＺ軸ステージ９の移動面９ａ上に観察ヘッド１０が固定されている。試料台６上には観察対象となる試料７が載置され、この試料７の任意の観察ポイントが観察ヘッド１０の直下に来るようにＸ軸ステージ３およびＹ軸ステージ２によって試料台６を所望の位置に移動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に示したように、従来の移動ステージ装置では、ベースの上にＸ軸とＹ軸の２つのステージを重ねて配置し、さらにその上に試料台を重ねて配置しているため、ベースの案内面から試料台の試料載置面までの高さが高くなってしまう。これは、装置が振動や音響等の外乱を受けた場合に、ベースの案内面から試料台の試料載置面までの高さが高いほど外乱の影響を受けやすくなるため、観察および測定時のノイズが大きくなる問題がある。また、Ｘ軸およびＹ軸ステージはそれぞれの案内ガイドによって垂直荷重を受けている。この案内ガイドの摺動面にはボールやころを使用しており、実際にはこの部分の点接触によって垂直荷重を受けているため、試料載置面からのＸＹステージ全体としての垂直方向の剛性は、十分に確保することができない問題もある。
【０００６】
また、顕微鏡や計測装置によっては、試料載置面の高さが制約され、Ｘ軸およびＹ軸ステージの厚みが制限される場合がある。Ｘ軸およびＹ軸ステージの厚みが薄くなれば、それに応じてＸ軸およびＹ軸ステージのそれぞれの移動方向の剛性が低下してしまう問題がある。同時に、移動ステージ全体に歪みが生じやすくなり、移動ステージの位置決め精度が低下する問題もある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上記のような問題を解決するために、Ｘ軸およびＹ軸ステージ本体の剛性の影響を受けることなく、試料載置面の高さを低く押さえ、観察あるいは測定時のベースから試料載置面までの垂直方向の剛性の高い移動ステージ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)水平面内で直交する２方向に対して、いずれか一方向に移動させる移動側駆動手段とこれと直交しかつこれと連結するもう一方向に移動させる固定側駆動手段と前記移動側駆動手段に連結する移動台と前記固定側駆動手段を固定するベース台を有し、前記移動側駆動手段と前記固定側駆動手段によって前記移動台が前記ベース台上を移動するようにした。
【０００９】
(2)前記移動側駆動手段と前記移動台を弾性体で連結するようにした。
(3)前記移動側駆動手段と前記固定側駆動手段を弾性体で連結するようにした。
(4)前記移動側駆動手段と前記固定側駆動手段の少なくともいずれか一方に単軸の案内ガイドを用いるようにした。
【００１０】
(5)前記移動側駆動手段を凹型構造とした。
【００１１】
【作用】
上記のように構成された移動ステージ装置においては、試料を載置するための移動台は、直交する２方向の駆動手段の上に積み重ねて配置されることがないため、直交する２方向のそれぞれの駆動手段によって、ベース台の案内面上を直に移動することができる。
【００１２】
また、一方の駆動手段と移動台を弾性体で連結するか、あるいは、移動台の外周の任意の方向から複数の弾性体で移動台を支持し連結するため、移動時には移動台がベース台案内面の垂直方向に可動できる。このとき、移動台を連結している弾性体があらかじめ移動台をベース台に押し付けるように力を作用させておくことにより、移動台はベース台案内面に沿って移動することができる。
【００１３】
さらに、２方向の駆動手段を弾性体で連結することにより、移動台と連結している一方の駆動手段がベース台案内面上を移動するときに垂直方向に可動できる。そのため、移動台と連結している一方の駆動手段はベース台案内面に沿って移動することができる。
また、２方向の駆動手段の少なくともいずれか一方に単軸の案内ガイドを用いるようにし、移動台と連結している一方の駆動手段を凹型構造とすることにより、移動ステージの高さを低くし、かつコンパクトにすることができる。と同時に、移動ステージの部品点数も減らすことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す斜視図で、各種顕微鏡に応用した場合の実施例を示す。本実施例の移動テーブル装置では、水平な案内面１ａを有するベース１と、このベース１の水平面内で直交する２軸の一方をＸ軸、他方をＹ軸とすると、Ｙ軸方向に往復移動させる駆動手段であるＹ軸ステージ２がベース１の一方の面に固定されている。前記直交する２軸の他方のＸ軸方向に往復移動させる駆動手段であるＸ軸ステージ３は、ベース１の案内面１ａ上に載置され、Ｙ軸ステージ２とステージ連結材４によって連結されている。ベース１の案内面１ａ上には試料台６が直接載置され、この試料台６上には観察あるいは計測対象となる試料７が載置される。試料台６は試料台連結材５によってＸ軸ステージ３に連結される。このように構成された移動ステージ装置において、Ｙ軸ステージ２はステージ連結材４を介し、Ｘ軸ステージ３と試料台連結材５と試料台６をＹ軸方向に往復移動させ、Ｘ軸ステージ３は試料台連結材５を介して試料台６をＸ軸方向に往復移動させる。さらに、ベース１上に門型の支柱８が固定されており、そのほぼ中央部にＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向に移動可能なＺ軸ステージ９が連結され、このＺ軸ステージ９の移動面９ａ上に観察ヘッド１０が固定されている。従って、試料台６はベース１の案内面１ａ上を自在に移動することができ、試料台６上に載置された試料７の所望の位置を観察ヘッド１０の直下に合わせることできる。
【００１５】
図２は第１の実施例の一変形例を示す斜視図で、図１で示した第１の実施例でステージ連結材４および試料台連結材５を弾性体を使用し構成した場合の例を示したものである。これは、Ｙ軸方向へ往復移動させるＹ軸ステージ２と、Ｘ軸方向に往復移動させるＸ軸ステージ３を弾性体Ａ１１によって連結し、さらに、Ｘ軸ステージ３と試料台６は弾性体Ｂ１２で連結した構成となっている。弾性体Ａ１１および弾性体Ｂ１２を使用することにより、Ｘ軸ステージ３および試料台６はベース１の案内面１ａに対し、垂直方向に対し自由度をもつことができる。その結果、試料台６は自重により案内面１ａ上に接触して載置され、案内面１ａ上を自在に移動することができる。
【００１６】
また、図３は弾性体に板ばねを使用した場合の例を示した断面図で、弾性体の一種である板ばね１３でＸ軸ステージ３と試料台６を連結し、板ばね１３で試料台を押し付けるように力を加えるか同じ高さで支持することにより、試料台６を案内面１ａに密着させることができる。これにより、試料台を案内面に沿って移動させることができる。図４は弾性体にコイルばねを使用した場合の例を示した断面図で、Ｘ軸ステージ３は連結板１５を介し、コイルばね１４を通じて試料台６に連結されている。コイルばね１４は試料台６を下部に押し付けるように力を加え、板ばねと同様に試料台６を案内面１ａに密着させることができ、これにより、試料台を案内面に沿って移動させることができる。
【００１７】
図５は第２の実施例を示す斜視図で、各種顕微鏡等に応用した場合の実施例を示す。本実施例の移動テーブル装置では、図１と同様に水平な案内面１ａを有するベース１と、このベース１の水平面内で直交する２軸で、Ｙ軸方向に往復移動させる駆動手段であるＹ軸ステージ２がベース１の一方の面に固定され、Ｘ軸方向に往復移動させる駆動手段であるＸ軸ステージ３は、ベース１の案内面１ａ上に載置され、Ｙ軸ステージ２とステージ連結材４によって連結されている。ベース１の案内面１ａ上には試料台６が直接載置され、この試料台６上には観察あるいは計測対象となる試料７が載置される。試料台６は複数の試料台連結材５によって複数の方向から支持され、この複数の試料台連結材５は試料台６の外周に配置されたフレーム枠１６に固定され、フレーム枠１６はＸ軸ステージ３に連結される。このように構成された移動ステージ装置において、Ｙ軸ステージ２はステージ連結材４を介し、Ｘ軸ステージ３とフレーム枠１６と複数の試料台連結材５と試料台６をＹ軸方向に往復移動させ、Ｘ軸ステージ３はフレーム枠１６と複数の試料台連結材５を介して試料台６をＸ軸方向に往復移動する。すなわち、試料台は外周から複数の試料台連結材５によって支持されているため、Ｘ軸ステージ３およびＹ軸ステージ２の動きに応じて、ベース１の案内面１ａ上を確実にかつ自在に移動することができ、位置決め精度も向上することができる。
【００１８】
図６は第２の実施例の一変形例を示す斜視図で、これは、試料台６を複数の板ばね１３とその板ばね１３に対向する位置にコイルばね１４を配し、複数の板ばね１３とコイルばね１４によって複数の方向から支持し、これらの他端を外周に配置されたフレーム枠１６に固定し、このフレーム枠１６がＸ軸ステージ３に連結されている。このように構成された移動ステージ装置において、試料台６は弾性体である板ばね１３とコイルばね１４を使用することにより、ベース１の案内面１ａに対し、垂直方向に対し自由度をもつことができる。その結果、試料台６は自重により案内面１ａ上に接触して載置され、案内面１ａ上を自在に移動することができる。
【００１９】
図７は第３の実施例を示す斜視図で、これは、Ｙ軸ステージ２がベース１の一方の側面に設置され、Ｙ軸方向に移動するためのＹ軸駆動モータ１７と、これに連結されているＹ軸送りねじ１８によって、ステージ連結材４をＹ軸方向に移動させる。さらに、ステージ連結材４は複数のＹ軸案内ガイド１９に載置されたＸ軸ステージ３に連結されており、Ｙ軸ステージ２はＸ軸ステージ３と試料台６を試料台連結材５を介して、Ｙ軸方向に移動する。Ｘ軸ステージ３はＸ軸駆動モータ２０と、このＸ軸駆動モータ２０に連結されているＸ軸送りねじ２１によって、Ｘ軸案内ガイド２２に案内されて、スライダ２３をＸ軸方向に移動する。スライダ２３と試料台６は試料台連結材５によって連結されており、試料台６はＸ軸駆動モータ２０により、Ｘ軸方向に移動する。従って、試料台６はベース１の案内面１ａ上を自在に移動することができ、試料台６上に載置された試料７の所望の位置を観察ヘッド（図示せず）の直下に合わせることできる。さらに、複数のＹ軸案内ガイド１９を使用することにより位置決め精度を向上させることができる。
【００２０】
図８は第４の実施例を示す斜視図で、これは、Ｙ軸側ステージとしてベース１の一方の側面にＹ軸駆動シリンダ２４を設置し、これに直結するＹ軸駆動シリンダ軸２４ａをＸ軸駆動シリンダ２５に連結している。Ｘ軸ステージ３はＹ軸案内ガイド１９に載置されており、Ｘ軸駆動シリンダ２５によって、これに直結するスライダ２３をＸ軸案内ガイド２２に沿って、Ｘ軸方向に移動する。スライダ２３と試料台６は試料台連結材５によって連結されており、試料台６はＹ軸駆動シリンダ２４およびＸ軸駆動シリンダ２５によって、ベース１の案内面１ａ上を自在に移動することができる。従って、試料台６上に載置された試料７の所望の位置を観察ヘッド（図示せず）の直下に合わせることできる。
【００２１】
図９は第５の実施例を示す斜視図で、これは、Ｙ軸側ステージとしてベース１の案内面１ａ上の一方向にＹ軸リニアモータ２６を設置し、それと平行する向きにＹ軸案内ガイド１９を設置し、Ｙ軸リニアモータ２６およびＹ軸案内ガイド１９上にＸ軸ステージ３を設置してある。Ｘ軸ステージ３はＸ軸リニアモータ２７によって、この上に載置されるスライダ２３をＸ軸方向に往復移動する。スライダ２３と試料台６は試料台連結材５によって連結されており、試料台６はＹ軸リニアモータ２６およびＸ軸リニアモータ２７によって、ベース１の案内面１ａ上を自在に移動することができる。従って、試料台６上に載置された試料７の所望の位置を観察ヘッド（図示せず）の直下に合わせることできる。
【００２２】
図１０は第６の実施例を示す斜視図で、これは、図７で示した第３の実施例において、Ｙ軸案内ガイド１９を単軸で使用した場合の例を示したものである。Ｘ軸ステージ３は一方をＹ軸案内ガイド１９上に設置し、他方を案内面１ａ上に載置しており、Ｙ軸駆動モータ１７により、Ｙ軸案内ガイド１９に沿って案内面１ａ上をＹ軸方向に移動する。従って、試料台６はベース１の案内面１ａ上を自在に移動することができ、試料台６上に載置された試料７の所望の位置を観察ヘッド（図示せず）の直下に合わせることできる。
【００２３】
図１１は本発明の一実施形態で、図７や図１０で図示しているＸ軸ステージ３部分の断面図である。Ｘ軸ステージ３は凹型構造をしており、Ｘ軸送りねじ２１とこれに連結するスライダ２３によって構成されており、Ｘ軸駆動モータ２０によってスライダ２３をＸ軸方向に往復移動する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したように、移動台をベース台上の所望の位置に直接位置決めすることができるため、ベース台と試料が載置される移動台上面までの垂直方向の剛性を最大限に確保することができる。また、移動台とベース台の間にステージ部分を介さないため、移動台を薄くすることにより、ベース台上面からの移動台上面までの高さ極めて低くすることもできる。これらによって、振動や音響等の外乱に対して強いステージ装置を提供できるという効果がある。さらに、移動ステージの構成が単純なため、部品点数を減らすことができると共に、同一高さの従来の移動ステージに比べ、各移動方向の剛性を上げることができ、位置決め精度も向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例の一変形例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の一変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の他の一変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施例の一変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明の第５の実施例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第６の実施例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３および第６の実施例のＸ軸ステージを示す断面図である。
【図１２】従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    ベース台
１ａ  案内面
２    Ｙ軸ステージ
３    Ｘ軸ステージ
４    ステージ連結材
５    試料台連結材
６    試料台
７    試料
８    支柱
９    Ｚ軸ステージ
９ａ  Ｚ軸ステージ移動面
１０    観察ヘッド
１１    弾性体Ａ
１２    弾性体Ｂ
１３    板ばね
１４    コイルばね
１５    連結板
１６    フレーム枠
１７    Ｙ軸駆動モータ
１８    Ｙ軸送りねじ
１９    Ｙ軸案内ガイド
２０    Ｘ軸駆動モータ
２１    Ｘ軸送りねじ
２２    Ｘ軸案内ガイド
２３    スライダ
２４    Ｙ軸駆動シリンダ
２４ａ  Ｙ軸駆動シリンダ軸
２５    Ｘ軸駆動シリンダ
２５ａ  Ｘ軸駆動シリンダ軸
２６    Ｙ軸リニアモータ
２７    Ｘ軸リニアモータ
【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】
0003889181.tif 000009
【図９】
0003889181.tif 000010
【図１０】
0003889181.tif 000011
【図１１】
0003889181.tif 000012
【図１２】
0003889181.tif 000013