JP2011064461A - 位置決めステージ - Google Patents

Abstract

【課題】 光学顕微鏡や電子顕微鏡に使用される試料ステージのテーブルを所定位置にミクロン単位で移動させた際、テーブルが傾斜してしまうことを精度高く抑制することができるようにすることにある。
【解決手段】 固定ベース体１０１に対し、テーブル１０２を、水平方向或いは揺動方向或いは鉛直方向に摺動組み付けする位置決めステージにあって、固定ベース体１０１とテーブル１０２とをクロスローラガイド機構を介して摺動組み付けし、テーブル１０２側のクロスローラガイド機構のローラレース１０９に対向する固定ベース体１０１面に磁石１０５を配した構成で、テーブル１０２を所定位置に移動させた状態で固定ベース体１０１とテーブル１０２とを磁石１０５相互磁着させることによりテーブル１０２の静止状態を確実に維持する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、解析のための或る種の試料や、或る種の加工等を達成するためのワーク等を設置する位置決めステージに関するものである。

光学顕微鏡や電子顕微鏡に使用される試料ステージに於いては、光ファイバーの端面を接合する加工工程やプリズムの貼付工程、或る種の試料に例えば放射線を照射して成分を解析するような過程等で、ワークや試料等を任意の方向から観察するため、これ等を所定位置にミクロン単位の極めて高い精度をもって移動できるようにする要請があり、試料等を載置したテーブルを水平方向、鉛直方向等に移動するための装置が多く開発されている。

処が特にテーブルを移動させる際に、或いは所定位置に移動させた後の測定等の実施の際に、テーブルに僅かの傾きが生じてしまう問題があった。例えば従来の位置決めステージの概略を示す図１、２、３、４にあって、位置決めステージ１は試料等を載置したテーブル２を固定ベース体３に組み付けた構成であり、両者間に組み付けた軌道レール４を介してテーブル２はＸ方向に摺動移動するのであるが、この際にテーブル２が数マイクロラジアンという微小な単位ではあるが傾いてしまうのである。

その原因は、図３でいえば矢視Ａ方向への傾きであるロール変位であり、図４でいえば矢視Ｂ方向への傾きであるピッチング変位である。このような傾きは、試料の解析等に関する上述したような高度の精度が要求される現場では極めて不都合である。

このロール変位なりピッチング変位を抑止する、つまり安定性を維持して剛性を確保する一つの手段としては、図３で示したｄ幅、即ちテーブル２と固定ベース体３との直接的接触面の摺動幅を大きくとれば良いのであるが、装置全体が大型化してしまう難点がある。

特開平１０−１０５２４１号公報

この特許文献１の発明「ステージ装置」は、ステージの位置決め後、振動等によるステージの位置ずれを防止することを目的としている。この文献では、従来例として先ず、ステージに取り付けられたハウジング固定部材に、内部に硬球を有し且つボールネジと係合するハウジングを固定し、ボールネジを回転させてハウジング固定部材に取り付けられたステージを移動させる構成が示されている。ボールネジとハウジングとの組み付きによりバックラッシュ等によるガタつきを抑制するのであるが、この構成では、各種の振動により硬球を予圧することによりボールネジのガタつきを抑制した状態であっても微小変位が発生し不具合であるとしている。

次にこの不具合を解消するため、ハウジング固定部材とモータ固定部材間にスプリング等の弾性部材を設け、ガタつきの防止を図る工夫も紹介されている。処がこの場合であっても、スプリングによりハウジング固定部材に外力が加わるので、そのままではステージが移動してしまうことになり、ステージが停止時もエンコーダによる検出値が一定になるように常にモータをフィードバック制御し、所定位置を維持しなければならず、モータとしてパルスモータを用いた場合、ステージはパルスモータの１パルス分だけ常に振動することになり、微小とはいえステージの変位が発生する問題が残るとのことである。

そこで文献１の発明は「ステージ装置において、ステージに板状の弾性体を取り付けるとともに、この弾性体を吸着し、ステージの移動を抑止する吸着部材を設け、駆動機構によりステージを所定位置まで移動させたのち、吸着機構によって弾性体を吸着してステージを固定するようにした」もので、ここでの機構は真空吸着である。

しかしながら、この技術では、真空吸着がＯＮ−ＯＦＦ制御方法であるため板バネの吸着時に停止位置がずれる可能性があり、求められる静止精度によってはこの機構では不充分である。また、保持装置がモータとステージ間ではなく、ステージそのものに取り付けられているために、モータ起因の振動はステージ伝達後に減衰させるので減衰力が弱い。更に、基本的には板バネの弾性力の影響もあり、経年変化によって板バネの特性が変化した場合不安定と推測される。

更には、図５、６、７に示すような位置決めステージの従来例も存する。即ちテーブル２を固定ベース体３に組み付けた位置決めステージ１は、前記した図１等と同様に、両者間に組み付けた軌道レール４を介してテーブル２がＸ方向に摺動移動する。

テーブル２の側面には両端がブラケット５を介して保持されるクランプ板６がテーブル２側面と所定の間隔をあけて架設されており、固定ベース体３の側面中央には一方のクランプブラケット７の下端部が固定され、その上端部はクランプ板６とテーブル２側面との間隙に位置する。また、一方のクランプブラケット７には他方のクランプブラケット８がクランプボルト９を介してクランプブラケット７に近接離反自在に組み付けられ、クランプ板６を、一方のクランプブラケット７と他方のクランプブラケット８の夫々の上端部で挟んでいる。

そこで、テーブル２を固定ベース体３に対して所望の位置に移動させたならば、クランプボルト９を締めて、一方のクランプブラケット７と他方のクランプブラケット８とによりクランプ板６を強固に挟持し、固定ベース体３に対するテーブル２の固定を達成するのである。

しかしながら、この構成はクランプボルト９の螺動を手動に頼らざるをえないので、クランプボルト９の螺動固定の際、微小ではあっても、固定ベース体３とテーブル２との間にずれが生じて動作が不確実であり、またクランプ機構が側方に突出位置することになるため、装置全体が大型化してしまう等の問題があった。

よって本発明は、上述した従来技術の欠点、不都合、不満を解消するべく開発された位置決めステージであって、光学顕微鏡や電子顕微鏡に使用される試料ステージのテーブルを所定位置にミクロン単位で移動させた際、テーブルが傾斜してしまう微少変位を精度高く抑制することができるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の位置決めステージは、固定ベース体に対し、テーブルを、水平方向或いは揺動方向或いは鉛直方向に摺動組み付けする位置決めステージにあって、前記した固定ベース体とテーブルとの一方摺動面に、他方摺動面に磁着する磁石を配したことを特徴とする。

また、固定ベース体とテーブルとをクロスローラガイド機構を介して摺動組み付けし、テーブル側のクロスローラガイド機構のローラレースに対向する固定ベース体面に磁石を配したことを特徴とする。

上記した本発明にあって、テーブルを固定ベース体に対して水平方向或いは揺動方向或いは鉛直方向に摺動させ、テーブルに設置した試料等を所定位置に設定し状態では、固定ベース体とテーブルとの一方の摺動面に配した磁石が他方の摺動面に磁着し、テーブルの所望姿勢を傾かせることなく剛性の高い静止状態を確固と維持させることができるのである。

また、固定ベース体とテーブルとをクロスローラガイド機構を介して摺動組み付けし、テーブル側のクロスローラガイド機構のローラレースに対向する固定ベース体面に磁石を配すれば、動作部分に対する磁着となるので、静止状態の精度は更に高まることになる。

上記した各構成では、テーブルと固定ベース体との直接的接触面の摺動幅を最小限にできること、或いはクランプ機構を設けなくても良いこと等による装置全体の大型化を抑止することができ、手動あるいは電動等による静止操作ではないので静止維持が確実で安定している等の多くの優れた作用効果を奏する。

現行の位置決めステージの一例を示す全体斜視図である。 図１にあって、テーブルを断面した斜視図である。 ロール変位を示す側面図である。 ピッチング変位を示す正面断面図である。 現行の位置決めステージの他の例を示す全体斜視図である。 図５にあって、テーブルを断面した斜視図である。 クランプ部分を示す拡大断面図である。 本発明にかかる位置決めステージの全体斜視図である。 図８にあって、テーブルを断面した斜視図である。 図９にあって、クロスローラガイド機構を表し、テーブルを断面した斜視図である。 図８の中央断面図である。

位置決めステージ１０１は、試料等を載置したテーブル１０２を固定ベース体１０３に軌道レール１０４を介して組み付けた構成で、テーブル１０２はＸ方向に摺動移動する。そして、固定ベース体１０３とテーブル１０２との摺動面にあって、固定ベース体１０３側の面にテーブル１０２側の面に磁着する磁石１０５を埋設する。但し、磁石１０５をテーブル１０２側の面に埋設し、固定ベース体１０３側の面に磁着する構成としても良い。

図示実施例では、軌道レール１０４としてクロスローラガイド機構を採用している。周知のようにクロスローラガイドは、精密研削加工されたＶ溝転送面を有する一対のローラレースと、この対向するＶ溝空間内に精密円筒コロを交互に直交させて組み込んだローラケージとから構成されており、ローラレース上を複数の円筒コロが転動するため停止時から起動時への摩擦の変化（静止摩擦と動摩擦の差）が小さく、作動滑りが生じにくい利点があり、更には、線接触で荷重を支えるので剛性が高い。

ここでは、固定ベース体１０３の中央に長さ方向(Ｘ方向)に沿って幅広の凸条１０６を設け、この凸条１０６の両側面に沿って固定ベース体１０３用のローラレース１０７を夫々固定する。一方、両側にブラケット１０８を垂架設したテーブル１０２は、凸条１０６及びローラレース１０７をまたぐ形態で固定ベース体１０３に組み付けられるのであるが、両ブラケット１０８の内面に、固定ベース体１０３用のローラレース１０７に対面してテーブル１０２用のローラレース１０９を夫々固定する。これにより軌道レール１０４としてのクロスローラガイド機構を形成する（ローラケージは図示省略）。

そして、テーブル１０２用のローラレース１０９に対向する固定ベース体１０３面に前記した磁石１０５を埋設するのである。

図示実施例は固定ベース体１０３に対してテーブル１０２が水平Ｘ方向に移動する構成を示したが、本出願人が特願２００９−９６６９３「位置決めステージ」で提案した発明のように、テーブルを水平Ｘ方向と水平Ｙ方向とに移動させる構成、或いはθＸ方向またはθＹ方向に揺動させる構成、更には特願２００９−１３４５９２「位置決めステージ」で提案した発明のように鉛直方向に移動させる構成等にあっても、本発明における磁着静止は充分に対応できるものである。

１ 位置決めステージ
２ テーブル
３ 固定ベース体
４ 軌道レール
５ ブラケット
６ クランプ板
７ 一方のクランプブラケット
８ 他方のクランプブラケット
９ クランプボルト
１０１ 位置決めステージ
１０２ テーブル
１０３ 固定ベース体
１０４ 軌道レール
１０５ 磁石
１０６ 凸条
１０７ 固定ベース体用のローラレース
１０８ ブラケット
１０９ テーブル用のローラレース

Claims (2)

1. 固定ベース体（１０１）に対し、テーブル（１０２）を、水平方向或いは揺動方向或いは鉛直方向に摺動組み付けする位置決めステージにあって、前記固定ベース体（１０１）とテーブル（１０２）との一方摺動面に、他方摺動面に磁着する磁石（１０５）を配したことを特徴とする位置決めステージ。
2. 固定ベース体（１０１）とテーブル（１０２）とをクロスローラガイド機構を介して摺動組み付けし、テーブル（１０２）側のクロスローラガイド機構のローラレース（１０９）に対向する固定ベース体（１０１）面に磁石（１０５）を配したことを特徴とする請求項１に記載の位置決めステージ。

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