JPH0540229A

JPH0540229A - Ｘｙステージ

Info

Publication number: JPH0540229A
Application number: JP3197908A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Suzuki; 正敏鈴木; Tetsuji Konuki; 哲治小貫
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【目的】上下に振動しない、試料面の傾斜が一定なＸＹ
ステージを提供する。【構成】試料台と、ベースと、前記試料台をＸＹ方向に
駆動するための送り機構と、試料台の荷重を支える支持
機構とを有するＸＹステージにおいて、前記送り機構
と、前記支持機構とは、互いに独立の機構とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡の試料ステージ
に用いるＸＹステージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸＹステージの概略斜視図を図５
に示す。図において、ＸＹステージは、試料等を載置す
るための試料台５１と、２つの１軸型の直動ステージ５
２、５３から構成されている。直動ステージ５２、５３
は、互いの軸方向が９０°ずれるように上下２段に重ね
られている。そして、上部に位置するステージ（図では
ステージ５２）の上には、さらに試料台５１が配置され
ている。つまり、従来のＸＹステージは、試料台５１、
直動ステージ５２、直動ステージ５３が重なった３段構
造で、ベース５７に取り付けられていた。

【０００３】また、前記直動ステージは、それぞれモー
タ５４、５５、送りねじ５６（一方のみ図示）、およ
び、図示していないベアリング部からなる送り機構部を
有している。前記ベアリング部は、移動方向に複数のベ
アリングを有しており、該ベアリングが試料台５１や前
記直動ステージと接して、これらの荷重を支えている。

【０００４】上述のようなＸＹステージにおいては、例
えばモータ５４を駆動すると送りねじ５６が送り出さ
れ、試料台５１はベース５７上をＸ方向に移動する。ま
た、モータ５５を駆動すると図示していない方の送りね
じが送り出され、試料台５１はベース５７上をＹ方向に
移動する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、顕微鏡の倍
率が高くなり、分解能が上がると、顕微鏡の振動が問題
となってくる。例えば、光学顕微鏡の分解能が大体サブ
ミクロン単位であるが、ＳＴＭのように、１Å〜１ｎｍ
まで分解能が上がると、ステージの振動をそれ以下に抑
える必要が生じる。

【０００６】従来のＸＹステージにおいては、送り機構
部の試料台に対して２段目がＸ（ｏｒＹ）方向可動部、
３段目がＹ（ｏｒＸ）方向可動部という重層構造となっ
ており、上下方向の荷重を受けるベアリングが２段階あ
った。そのため、ベアリング部の有するバネ特性によ
り、試料の荷重を受けた場合、試料台が上下方向に可動
であり、振動に対して弱いという欠点があった。また、
複数のベアリングで、上部の荷重を支えているため、荷
重を支える支点が複数あり、ステージの移動に伴い重心
が移動すると、荷重を支える支点が変わり、試料面の傾
斜が変化するという問題があった。また、従来のＸＹス
テージにおいては、３層構造を取っており、ステージの
全高が高くなり、スペース上の制約を受けていた。

【０００７】本発明は、上下に振動せず、試料面の傾斜
が一定であり、また、全高を低くすることが可能なＸＹ
ステージを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明（以下、第１の態様という）に
おいては、試料台と、前記試料台を搭載するベースと、
前記ベース上で前記試料台を支える支持機構と、前記ベ
ース上で前記試料台をＸＹ方向に駆動する送り機構とを
有するＸＹステージにおいて、前記支持機構が、前記試
料台の荷重を前記送り機構を介さずに支持するようにし
た。

【０００９】また、請求項２記載の発明（以下、第２の
態様という）においては、ベースと、該ベースと３点で
接してベース面上をしゅう動可能な試料台と、該試料台
の移動方向を案内するための互いに直交する２つの部材
を有する案内部材と、前記試料台と前記案内部材の２つ
の部材のそれぞれに対応して係合する従動子とでＸＹス
テージを構成した。

【００１０】

【作用】本発明の第１の態様では、ＸＹ方向に試料台を
駆動するための送り機構と、荷重を支持する支持機構を
互いに独立にした。支持機構は、上下荷重は支持する機
能のみを有し、送り機構は、上下の荷重を全く支持せ
ず、駆動のための機能のみを有する。そのため、送り機
構が駆動のために有する寸法余裕やバネ特性によって、
試料台が、上下方向の振動を生じることを防ぐことがで
きる。また、支持機構は、３点のみで荷重を支持する構
造にすることで、荷重を支える支点が変わることはな
く、試料台の傾斜に変化が生じることも無くなる。

【００１１】本発明の第２の態様では、試料台は、下面
の３点でベースと接して、上下方向の荷重を支持し、ま
たこの３点によって、ベース面上をＸＹ方向にしゅう動
可能とした。送り機構は、ＸＹ方向に試料台を案内する
ための直交する２つの部材を有する案内部材と、試料台
とベースをそれぞれ案内部材と係合するための従動子を
有する。ベースの従動子は、案内部材の移動方向を拘束
することにより、案内部材と試料台が係合してベース上
を一方向にのみ移動するようにする。試料台の従動子
は、試料台の移動方向を拘束し、試料台が、案内部材が
ベース上を移動した方向と直交する方向のみに、案内部
材上を移動することを可能にする。この態様において
も、箱型の試料台の一部が３点のみでベースと接するこ
とにより荷重を支え、試料台を移動する送り機構は、試
料台の荷重を支えることは無く、上下方向の振動や、試
料台の傾斜に変化が生じることは無い。また、案内部材
を、試料台とベース間に作製した空間に配置することに
より、ＸＹステージを試料台とベースの２段重ね構造に
することが可能であり、ＸＹステージの全高を、従来の
３段重ね構造より低くすることが可能である。

【００１２】

【実施例】本発明の第１の実施例を、図１および図２を
用いて説明する。図１および図２に示すように、ベース
６上には、底の開いた箱型の試料台１が配置されてい
る。箱型の試料台の内部の空間には、送り機構の一部の
案内部材として、略＋型の直交ガイド２が配置されてい
る。直交ガイド２の部材２ｘには、ベース６側に開口部
を有する幅２ｌ深さ２ｔの溝部が形成されている。直交
ガイド２の部材２ｙには、試料台側に開口部を有する幅
２ｍ深さ２ｈの溝部が形成されている。ベース６には、
モータ４ｘが治具４ａを介して固定されており、モータ
４ｘの回転軸に取り付けられた送りねじ３の片端は、治
具４ｂを介して、直交ガイド２の部材２ｘに固定されて
いる。試料台１には、治具４ｃを介して、モータ４ｙが
固定されているおり、モータ４ｙの回転軸に取り付けら
れた送りねじ（図示せず）の片端は治具４ｄを介して直
交ガイド２の部材２ｙに固定されている。

【００１３】また、試料台１のベース６と接する面に
は、試料台１の荷重を３点支持する支持機構として、３
つの突起状のしゅう動面７ａ、７ｂ、７ｃが形成されて
おり、試料台１が移動するときには、ベース６の表面を
しゅう動する。直交ガイド２の高さ２ｐは、試料台の内
のりの高さ１ｐより小さく、試料台の荷重を支えること
はない。ベース６上には、ベアリングを有する突起状の
従動子１５ａ、１５ｂが、Ｘ軸方向に並んでおり、直交
ガイド２の部材２ｘの溝部の内側に入り、直交ガイドを
ベース６に係合させる。従動子１５ａ、１５ｂのＹ方向
の外径１５ｌは、Ｘ方向の部材２ｘの溝部の幅２ｌより
小さくしてある。この場合、直交ガイド２の移動時に従
動子と溝部との間にガタが生じないように、外形１５１
と溝部の幅２１との差を数十μｍ程度に設定すれば、精
度良くＸＹステージの移動ができる。また、従動子１５
ａ、１５ｂの高さ１５ｔは、Ｘ方向の部材２ｘの溝部の
深さ２ｔより小さく、直交ガイドの荷重を受けることは
ない。また、試料台の裏面にも、ベアリングを有する突
起状の従動子５ａ、５ｂが、Ｙ軸方向に並んでおり、直
交ガイド２の部材２ｙの溝部の内側に入り、直交ガイド
２を試料台１に係合する。従動子５ａ、５ｂのＸ方向の
外径５ｍは、部材２ｙの溝部の幅２ｍより小さくしてあ
る。この場合、直交ガイド２の移動時に従動子と溝部と
の間にガタが生じないように、外形５ｍと溝部の幅２ｍ
との差を数十μｍ程度に設定すれば、精度良くＸＹステ
ージの移動ができる。また、従動子５ａ、５ｂの高さ５
ｈは、以下の式を満たすように形成されており、Ｙ方向
の溝部の底部に接触することはない。

【００１４】（高さ５ｈ）＞（試料台の内のりの高さ１ｐ）−（直交ガイドの高さ２ｐ）（高さ５ｈ）＜（試料台の内のりの高さ１ｐ）−（直交ガイドの高さ２ｐ）＋（部材２ｙの溝部の深さ２ｈ）上述のような構造となっているため、試料台の荷重はす
べて、しゅう動面７ａ、７ｂ、７ｃが３点支持する。そ
のため、試料台の傾斜は、この３点により一義的に決ま
り、他の傾きになるなることはない。また、試料台１の
荷重を支持する支点７ａ、７ｂ、７ｃは、バネ特性や空
隙等の振動する要素を有していないため、試料台が上下
方向に振動することはない。

【００１５】次に、上記構成のＸＹステージにおける動
作の説明をする。モータ４ｘを駆動すると、送りねじ３
が送り出され、直交ガイド２と試料台１は、従動子１５
ａ、１５ｂに沿って、ベース６上をＸ方向に移動する。
この時、試料台１は直交ガイド２に、従動子５ａ、５ｂ
により係合されている。直交ガイド２は、底面で、試料
台１は、しゅう動面７ａ、７ｂ、７ｃで、ベース６上を
Ｘ方向にしゅう動する。つぎに、モータ４ｙを駆動する
と、送りねじ（図示せず）が送り出され、試料台１は、
直交ガイドのＹ方向の溝部に沿って、Ｙ方向に移動す
る。この時、ベース６は直交ガイド２に、従動子１５ａ
１５ｂにより係合されている。試料台１は、しゅう動面
７ａ、７ｂ、７ｃでベース上をＹ方向にしゅう動する。
直交ガイド２と従動子５、１５を、試料台とベース間の
空間に設けることにより、試料台１とベース６の２段構
造でＸＹステージを構成することができる。従って、従
来のＸＹステージのように、試料台と１軸方向に直動す
るステージ２段の計３段構造を取る必要がなく、試料台
１とベース６の２段構造でよいため、ＸＹステージの全
高を低くすることができる。

【００１６】本実施例では、駆動部にモータと送りねじ
を使用したが、他の駆動方法を用いいることも可能であ
る。図３に示したのは、駆動部にラックとピニオンを使
用した例である。

【００１７】図３において、ベース６、直交ガイド２の
溝部の深さおよび幅、試料台１およびベース６に配置さ
れた従動子（図示せず）は、実施例１と同様である。試
料台１は、Ｘ方向とＹ方向の側面に、それぞれ開口部を
有している。直交ガイド２は、部材の端部は試料台１の
開口部から外部に露出しており、ラック８ｘ、８ｙが刻
設されている。ベース６上には、モータ４ｘとピニオン
（図示せず）が、治具１６ｘを介して固定されており、
ピニオンは、直交ガイド２のＸ方向の部材の端部のラッ
クとかみあい、モータ４Ｘの回転により直交ガイド２お
よび試料台をＸ方向に駆動する。また、試料台１の側面
には、モータ４ｙとピニオン９ｙが治具１６ｙを介して
固定されており、ピニオン９ｙは直交ガイドのＹ方向の
部材の端部のラックとかみあい、モータ４ｙの回転によ
り試料台１をＹ方向に駆動する。

【００１８】次に、本発明の第２実施例を、図４を用い
て説明する。本発明は、実施例１に示した構造とほぼ同
様であるが、案内部材として、溝部を有しないＬ字型の
ガイド１１を用いる。ベース６上には、Ｘ方向に略平行
に２個づつのベアリングを有する従動子２０ａから２０
ｄが、試料台１の内側にはＹ方向に略平行に２個づつの
従動子１０ａから１０ｄが設けられている。ベース６上
の従動子のＹ方向の間隙２０ｍは、Ｌ字型のガイド１１
の部材１１ｘの幅１１ｍより、数十μｍ広くなってお
り、従動子がＬ字型のガイド１１の部材１１ｘを挟み、
ベース６をＬ字型のガイド１１に係合する。また、試料
台１の従動子のＸ方向の間隙１０ｌは、Ｌ字型のガイド
１１の部材１１ｙの幅１１ｌより広くしてある。この場
合、Ｌ字型ガイド１１と従動子と溝部との間にガタが生
じないように、間隙１０１と幅１１１との差を数十μｍ
程度に設定すれば、精度良くＸＹステージの移動ができ
る。

【００１９】試料台１の内のりの高さと、Ｌ字型のガイ
ドの高さ、従動子および従動子の高さは、実施例１と同
様に、従動子が、上下方向の荷重を支えることはないよ
うに形成されている。

【００２０】本実施例においては、直交ガイドは、底部
でベース表面をしゅう動する構造を示したが、底部にベ
アリング等を設けて、摩擦係数を小さくすることにより
ＸＹ方向の移動を容易にすることが可能である。

【００２１】また、本実施例においては、試料台を底の
開いた箱型し、支持機構をその一部に設けたが、本発明
は、この形状に限られるものではなく、３点支持で、試
料台がベース上をしゅう動できる形状であれば良い。

【００２２】上述のように、本実施例を用いることによ
り、支持機構と送り機構を互いに独立にすることがで
き、試料台の荷重を支持機構が支持し、試料台の移動を
送り機構が行なうため、送り機構の有する寸法余裕やバ
ネ特性による、上下方向の振動を防ぐことができる。ま
た、支持機構の、支点を３点のみにすることにより、試
料台の傾斜が、一義的に決まり傾斜の変化を防ぐことが
できる。さらに、本実施例のように、試料台とベースの
２段構造を取ることにより、ＸＹステージの全高を低く
することが可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、支持機
構と送り機構を互いに独立にすることにより、上下に振
動しないＸＹステージを提供することができる。また、
支持機構の支点を３点にすることにより、試料面の傾斜
が一定なＸＹステージを提供することができる。さら
に、ＸＹステージの全高が低くなることで、スペース上
の制約を受け難くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の斜視図。

【図２】本発明の第１の実施例の内部の構成を示す説明
図。

【図３】本発明による別の実施例の斜視図。

【図４】本発明による第３の実施例の内部の構成を示す
説明図。

【図５】従来のＸＹステージの斜視図。

【符号の説明】

１…試料台、２…直交ガイド（十字型）、３…送りね
じ、４…モータ、５…従動子、６…ベース、７…しゅう
動面、８…ラック、９…ピニオン、１０…従動子、１１
…直交ガイド（Ｌ字型）、１５…従動子、２０…従動
子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料台と、前記試料台を搭載するベース
と、前記ベース上で前記試料台を支える支持機構と、前
記ベース上で前記試料台をＸＹ方向に駆動する送り機構
とを有するＸＹステージにおいて、前記支持機構は、前記試料台の荷重を前記送り機構を介
さずに支持することを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】請求項１において、前記送り機構は、前記
ベースと前記試料台を互いに直交する方向に相対移動を
案内する案内部材と、前記試料台と前記ベースに設けら
れて、それぞれ対応する案内部材に係合して案内される
従動子とを有することを特徴とするＸＹステージ。
【請求項３】請求項１または２において、前記支持機構
は、３点のみで試料台の荷重を支持する３点支持である
ことを特徴とするＸＹステージ。
【請求項４】ベースと、前記ベースと３点で接しベース
面上をＸＹ方向にしゅう動可能な、試料台と、前記試料
台の移動方向を案内するための互いに直交する２つの部
材を有する案内部材と、前記試料台と前記ベースに設け
られ、前記案内部材の２つの部材のそれぞれに対応し
て、係合する従動子を有することを特徴とするＸＹステ
ージ。