システム製品
SystemProducts
産業用
Industrial

実験用
Experimental
手動精密ステージ
ManualStage
X・XY
X・XYZZ

真空対応ステージガイダンス
Understanding Vacuum Compatible Stage

はじめに
Introduction「真空対応ステージ」は、真空域で耐えうる材料や部材を使用し、高い位置決め精度・高剛性を維持した汎用位置決めステージです。ステージの本体にはアルミニウ
ム素材、案内部にはステンレス、メネジ、ウォームホイー
ル部にはリン青銅などの金属や、真空対応の絶縁材・潤滑材などを使用しています。これらの材料の選択や製造

回転Rotation

工程には、これまで弊社が放射光施設、半導体露光、宇スイベル（ゴニオ）
Swivel(Tilt)います。また、検査や包装も十分に管理された環境のも自動精密ステージ
Motorized
Stage
X・XY
X・XY

宙関連の装置開発で培ってきたノウハウが結集されてとで行われています。
ここに記載されているステージ以外でもエンコーダの取り付けや、超高真空対応製品などのご要望がございましたら、弊社営業部までお問い合わせ下さい。

回転Rotation

スイベル（ゴニオ）
Swivel(Tilt)

真空ステージ
Vacuum
Stage
制御装置
ControlElectronics

テスト用の真空容器にステージを挿入した場合と、ステージなし（バックグラウンド）の場合で、到達圧力の時間変化、残留ガス分析、放出ガス速度の計測結果を示します。

モーター
ケーブル
Motor
Cable
付録
Appendix

アクセ
サリー
Accessories
検査システムInspection
SystemM-002

M.indd 2

outgas metals, plastics, lubricants and components...
materials are limited to aluminum, stainless steel, andphosphor bronze.
Kohzu's years of developing customized vacuumcompatible solutions for synchrotron radiation
research, semiconductor lithography and space• Ultimate System Pressure• Residual Gas Analysis• Outgas Rate
A small chamber was prepared to conduct these threevacuum tests. Vacuum chamber is ﬁrst tested empty
before introducing Kohzu's MVSA07A-RT vacuumcompatible swivel stage.

ドライバ
ボックス
Driver
Box

モーター
ドライバ
Motor
Drivercompatible stages are manufactured, assembled,inspected and packaged under highly controlledconditions. Since proper selection is at the core ofvacuum-compatibility, Kohzu engineers only specify low

到達圧力、残留ガス、放出ガス速度の計測
Vacuum Test Results

モーター
コントローラMotorController

アプリ
ケーション
Application

environments. Our vacuum-compatible stages exhibit
performance characteristics comparable to those of
Kohzu standard motion products. Kohzu vacuum-development applications have yielded a vacuumcompatible motion instruments product line ofunsurpassed quality, reliability and performance.
Ultra high vacuum oil-free lubrication as well as highprecision linear and angular encoders can be provided
on request. Please feel free to contact us for all yourhigh and ultrahigh vacuum needs.

ZZ

アライ
メント
ステージ
XYθ

'Kohzu vacuum-compatible stages' are precise anddurable positioning instruments ideally suited for theextreme requirements imposed by high-vacuum■ 計測条件試験ステージ：MVSA07A-RT■ Test Equipment
Stage:MVSA07A-RT1■ 計測機器
テスト用真空容器：（容積：18ℓ）■ Chamber Volume:18ℓ
Pump:400ℓ/sec, Turbo Molecular2
Pump:250ℓ/min, Scroll3■ 真空ポンプ
ターボ分子ポンプ（セイコー精機社製、型式：SPT-400 400ℓ/sec）
スクロールポンプ（アネスト岩田社製、型式：ISP-250B 250ℓ/min）■ 真空ゲージ
B-A 形電離真空計（アネルバ社製、ミニチュアゲージMG-2F, コントローラMIG-430）
四重極型質量分析計（アネルバ社製、型式：M-100QA-M）
計測条件：フィラメント電流2.5mA,2次電子増倍管印加電圧1400V

CONTACT■ Gauge:Bayard-Alpert Ion Type4
RGA:Quadrupole Mass Spectrometer5
1.Kohzu 70mm stage, Medium Vacuum Compatible
2.Seiko Seiki SPT-400
3.Anesto Iwata ISP-250B
4.Anelva MG-2F with MIG-430 Controller
5.A nelva M100QA-M,2.5mA filament current,1400V induced
voltage at 2nd electron multiplier.

TEL +81-44-981-2131/FAX +81-44-981-2181 【E-mail】e-sale@kohzu.co.jp 【URL】www.kohzuprecision.com

2023/08/07 16:57

システム
製品
SystemProducts
産業用
Industrial

1．
圧力の時間変化Ultimate System Pressure

10 -2
Background
MVSA07A-RT

Pressure(Pa)

図１ 真空到達度（試験ステージありとバックグラウンド）
Fig. 1 Pressure vs. Time

10 -4

手動精密ステージ
ManualStage

10 -5X・XYX・XY

10 -610 -705

四重極型質量分析計では、気体分子の質量ｍ（amu）（amuはatom mass unitの略）を電荷量z（整数）で割ったものを観測します。
ステージを真空容器に入れた場合には、水素、水、炭化物、窒化物などに加えて、潤滑剤が由来と思われる炭化水素ガスや炭化フッ素ガスも観測されます。これらのガスは、常温では圧力にほとんど寄与しませんが、温度を上げると蒸発量が多くなり影響を与えます。超高真空下での使用には、炭化水素ガスや炭化フッ素ガス放出の少ない固体潤滑を採用し、ベーキング対応の材質に変更を推奨します。
4.93×10 -9 1.87×10 -825ZZ

Quadrupole mass spectrometer detects mass to charge
ratio (m/z), where most elements detected are hydrogen,water, carbon and nitrogen compounds. Additionallytraceamounts of hydrocarbon and carbonate ﬂuorine aredetected and directly attributed to the vacuum grease used
to lubricate our stages. The partial pressures of tracecontaminants represent a small contribution to overallsystem pressure. However, outgassed contaminants will
increase as stage temperature rises. If ultra high vacuum
conditions are required, we offer customized oil-free stages
ﬁtted with materials and lubricants suitable for baking.
Kohzu can address all of your vacuum requirements,
including those for UHV motion applications.

1.5 10-9

1 10-92 10 -9

図２ 残留ガス分析結果

1.5 10 -9
1 10-95 10 -10-10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0m/z(amu)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

試験ステージあり（ベーキングなし）とバックグラウンド（ベーキング150℃10時間）
Fig. 2 After introducing stage (no baking) and After baking
chamber for 10hrs. at 150°C (without stage)m/z(amu)

試験ステージ
Sample Stage

スイベル（ゴニオ）
Swivel(Tilt)
自動精密ステージ
Motorized
Stage
X・XY
X・XY

ZZ

質量分析計（Qmass）
Quadrupole mass spectrometer
ゲートバルブGate valve

電離真空計
Ionization vacuum gauge

テストサンプルチャンバー
Test sample chamber
オリフィス径付仕切りPartition with orifice holes
ベースチャンバー
Base chamber
400L ターボ分子ポンプ
400L Turbo-molecular pump

電離真空計
Ionization vacuum gauge

スイベル（ゴニオ）
Swivel(Tilt)
アライ
メント
ステージ
XYθ
真空ステージ
VacuumStage

バックグラウンド
Back Ground (without sample stage)3．
放出ガス速度（オリフィス法）
Gas Emission Velocity (Oriﬁce method)

テストサンプルチャンバーP1と、排気系に至るベースチャンバーP2の間に仕切りを設けます。その仕切りには微細穴があり、P1、P2に圧力差が生じるようにしています。P1、P2の圧力を測定し、その圧力差を調べることでサンプルからのガス放出速度が導き出されます。実際には、真空容器の表面でもガスの放出・吸着が起こるので、まずチャンバーが空の状態でのデータをバックグラウンドとして測定します。そのデータを差し引いた上で、試料からの正味のガス放出速度を求めます。
A partition is installed between the test sample chamber P1 and basechamber P2 that is connected to the exhaust system. The partition has ﬁneholes that generate a pressure diﬀerence between P1 and P2. By measuring
the pressure of P1 and P2 and examining the pressure diﬀerence, the gas
emission velocity from the sample can be obtained. Since emission andadsorption occur also on the surface of the vacuum equipment, ﬁrst
perform measurements with empty chambers for control data. Calculate thenet gas emission velocity from the sample by subtracting the control data.
Q=C{(P1-P2)-ground}(Pa・m /sec)3（ground: サンプルが入っていない時のチャンバーの差圧）
Q：放出されるガス速度 C: コンダクタンス P: チャンバーが空の時の差圧(ground: Diﬀerential pressure in chamber without sample)
Q: Gas emission velocity C: Conductance P: Differential pressure with empty chambers

お問い合わせは＊TEL:044-981-2131／ FAX:044-981-2181 【E-mail】sale@kohzu.co.jp 【URL】www.kohzu.co.jp

M.indd 3

回転
Rotation

回転
Rotation

2.5 10 -9

Current I(mA)

Current I(mA)

20

4.01×10 -7(Pa)

2.65×10 -5(Pa)2 10 -9015

3 10 -9
7.54×10 -8

2.5 10 -9

5 10

10Time(h)2．
四重極型質量分析計を使用した残留ガス測定
Residual Gas Analysis

3 10 -9

実験用
Experimental

10 -3

制御装置
Control
Electronics
モーター
コントローラ
Motor
Controller
ドライバ
ボックス
Driver
Box
アプリ
ケーション
Application
モーター
ドライバ
Motor
Driver
モーター
ケーブル
Motor
Cable
付録
Appendix

アクセ
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System

M-003

2023/08/07 16:57

真空対応ステージガイダンス

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製品
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手動精密
ステージ
ManualStage
X・XY
X・XY

Z
Z

回転Rotation

スイベル（ゴニオ）
Swivel(Tilt)
自動精密ステージ
Motorized
Stage
X・XY
X・XY

Z
Z

Understanding Vacuum Compatible Stage

真空内で使用する際の注意点
How to use in vacuum
容器の排気について真空ポンプの選定・取り付けには、真空容器の容積、内部装置からのガス放出量、排気系のコンダクタンスを考慮して下さい。また包装からステージを取り出した後は、長時間大気に曝すことは避け、早めに真空下に設置して下さい。

モーターの発熱によるベーキング効果
真空内では、大気中と異なり対流による熱伝導はほとんどありません。このため、主にモーターから発生した熱により、以下のような現象が起こります。
1.潤滑剤の蒸発による真空容器内の劣化（圧力上昇など）
2.ベアリング部の焼きつき
3.熱膨張による影響（ステージに熱が逃げるため、大気中よりも熱膨張の影響を受けやすくなる）
2.5 10 -4

回転
Rotation

Rotaing motor(30 sec.)• Vacuum Chamber
Consideration must be given to vacuum vessel
volume, content outgas rate and the system's
pumping conductance.

• Vacuum Handling
Minimize exposure of vacuum-compatible stages toatmo-spheric conditions. After unpacking, install
vacuum-compatible stages into a vacuum chamber assoon as possible.

• Motor Heating
Heat conductivity and dissipation are signiﬁcantly
reduced in a vacuum environment. This will lead toover-heating of in-vacuum stepper motors if operated
continuously for long periods of time. Motor
overheating will lead to a rise in system pressurecaused by the evaporation of motor-bearing lubricants.
Evaporation of motor-bearing lubricants can in turnlead to premature bearing failure.
Furthermore, it might be easy occured for dimensional
instability produced by thermal gradients and different
coeffcients of thermal expansion.

スイベル（ゴニオ）
Swivel(Tilt)
アライ
メント
ステージ
XYθ
真空ステージ
Vacuum
Stage
制御装置
Control
Electronics
モーター
コントローラMotorController
ドライバ
ボックス
Driver
Box
アプリ
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Application
モーター
ドライバ
Motor
Driver
モーター
ケーブル
Motor
Cable
付録
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Accessories
検査システムInspection
SystemM-004

M.indd 4

Pressure(Pa)2 10 -4
Pressure
saturation

1.5 10 -4
Stasrt flow
the current

1 10 -4

5 10 -50510152025Time(h)図3 モーターの励磁・回転と圧力上昇
Fig. 3 Pressure vs. Time (while cycling motor)

左のグラフは、真空容器の中に真空対応ステージに使用しているモーターを挿入し、圧力変化を調べた結果で、モーターを励磁するとある時間を過ぎた時点で圧力が飽和します。そのあとモーターを回転させると、回転中は圧力が急激に上昇しますが、しばらくするとすぐに元の状態に戻ります。
これを繰り返すことにより、圧力が低くなっていきます。
The left graph shows pressure change over time as an in-vacuum stepper
motor is powered 'On' and 'Off' inside a vacuum chamber. According to
the data collected, after starting a current ﬂow to an in-vacuum motor,
system pressure will increase until reaching a saturation point. If themotor generates in every 30 seconds, the pressure level is getting higher
immediately, but after that, the pressure returns to lower level. By
repeating the motor running, the pressure is going down a gradually.

圧力を低く保つには…
To improve or maintain minimum system pressure...
1.使用する前に慣らし運転して、ガスを放出しておく。
2.停止時の励磁電流を必要最低限に抑える。

1.Running in-vacuum motors as previously described
2.Maintain lowest possible motor holding currents

より高精度を追求するには…
To improve or maintain maximum positional accuracy...
1.モーターの温度を逃がすような工夫を施す。もしくは、モーターとステージの間を断熱する。
2.リニアエンコーダや回転エンコーダを組み込み、フィードバック制御する。
ステージによっては、断熱材やエンコーダが取り付けられないものもあります。詳しくは営業部までお問い合わせ下さい。
CONTACT

1.R educe motor heating by minimizing power 'On'
cycles and holding current. Or, install thermal
insulation between motor and motion mechanics
2.Add optional, vacuum-compatible, linear or angular
encoders with feedback control.
Some stages can not be ﬁtted with insulating spacers
or encoders. Please contact us for more information
on stage options and functionality.

TEL +81-44-981-2131/FAX +81-44-981-2181 【E-mail】e-sale@kohzu.co.jp 【URL】www.kohzuprecision.com2023/08/07 16:57