JP2002367553A

JP2002367553A - 試料ステージ

Info

Publication number: JP2002367553A
Application number: JP2001176474A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Seya; 英一瀬谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-20
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP3928373B2

Abstract

(57)【要約】【課題】滑り案内を用いたステージ機構において、パ
ッドの浮き上がりやテーブルの歪を防止し、また、パッ
ド磨耗により送りねじや送りナットに歪が生ずることを
防止する。【解決手段】移動テーブルを片側の水平案内面に対し
２個所、もう片側の水平案内面に対し１個所で滑り接触
させ、１個所で接触する側の水平案内面に近接する垂直
案内面に２個所で滑り接触させる。また、送りナットと
移動テーブルを横ずれ吸収機構を介して結合する。

Description

【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Ｂ
２２、パッドＣ２３の３箇所において水平滑り面Ａ１
１、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Ｂ５
４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Ｂ５
４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１
３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１
３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Ｂ
３２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Ｃ２
３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Ｂ５
４、結合部材Ｃ５５、および板バネＡ５１、板バネＢ５
２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Ｂ
５４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Ｘ
Ｙ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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J062 AA22 AB21 AC07 BA25 CD22 CD35 3J104 AA44 AA67 AA69 AA73 BA57 BA67 BA72 DA01 DA11 EA02 EA07 5C001 AA03 CC04 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースと移動テーブルを備え，該移動テー
ブルが、該移動テーブルに備えた３つのパッドにより該
ベース上の水平面と滑り接触する試料ステージにおい
て、該パッドのうちの２つ、すなわちパッドAとパッドB
が、該移動テーブルの移動方向に対し平行に位置するよ
うに配列され、該パッドの残りのひとつ、すなわちパッ
ドCに近接した位置に該ベースに固定された垂直滑り案
内面を設け、該移動テーブルが、該移動テーブルに備え
た別の２つのパッド、すなわちパッドDおよびパッドEに
より該垂直滑り案内面に滑り接触することを特徴とする
試料ステージ。
【請求項２】ベースと移動テーブルを備え，該ベース上
に２本の水平滑り案内面、すなわち水平滑り案内面Aお
よび水平滑り案内面Bを備え、該水平滑り案内面Aに近接
した位置に垂直滑り案内面を備えた試料ステージにおい
て、該移動テーブルが、（１）該移動テーブルに固定された２つのパッドAおよ
びBにより該水平滑り案内面Bと滑り接触し、（２）該移動テーブルに固定された１つのパッドCによ
り該水平滑り案内面Aと滑り接触し、（３）該移動テーブルに固定された２つのパッドDおよ
びEにより該垂直滑り案内面と滑り接触する、ことを特
徴とする試料ステージ。
【請求項３】上記請求項１または請求項２に記載の試料
ステージにおいて、（１）該パッドD、（２）パッドC、
および（３）パッドEが、該移動テーブルの移動方向に
関し、この記載順に配列されていることを特徴とする試
料ステージ。
【請求項４】上記請求項１、請求項２または請求項３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】２つの１軸の試料ステージを積み重ね、下
の試料ステージの移動テーブルを上のベースと一体化し
たＸＹステージにおいて、下の試料ステージが上記請求
項１、請求項２、請求項３または請求項４の特徴を備え
ることを特徴とするＸＹステージ。