KR100671089B1

KR100671089B1 - 스테이지 장치

Info

Publication number: KR100671089B1
Application number: KR1020000025948A
Authority: KR
Inventors: 다케우치아츠시
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2007-01-17
Also published as: JP2000330035A; KR20010014913A; SG83796A1; DE10024820B4; JP4378762B2; DE10024820A1; US6313945B1

Abstract

본 발명의 목적은 사용하기 좋고, 또한 구성이 간단한 스테이지 장치를 제공하는 것이다. 제 1 회전 조작부(40)를 회전시켰을 때, 회전력은 풀리(14), 벨트(14a), 풀리(15), 축(15a), 피니온(16) 및 랙(23)을 거쳐서 중판(20)에 전달되고, 랙(23)이 고정된 중판(20)은 베이스 판(10)을 따라 Y방향으로 이동한다. 또한, 제 2 회전 조작부(50)를 회전시켰을 때, 회전력은 유니버셜 조인트(61), 회전축(60), 전달 부재(70), 피니온(71) 및 랙(31)을 거쳐서 상판(30)에 전달되고, 상판(30)은 중판(20)을 따라 X방향으로 이동한다. 이 때, 제 1 회전 조작부(40)와 제 2 회전 조작부(50)가 베이스 판(10)에 장착되어 있기 때문에, 제 1 회전 조작부(40)와 제 2 회전 조작부(50)가 스테이지의 이동에 따라 이동하지 않아, 검경자는 동일 위치에 손을 두고 검경할 수 있다.

Description

스테이지 장치{STAGE APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스테이지 장치의 개략 구성도,

도 2는 도 1의 화살표(A) 방향에서 바라본 도면,

도 3은 도 1의 화살표(B) 방향에서 바라본 도면,

도 4는 회전축과 전달 부재로 구성되는 볼 스플라인 기구를 설명하는 사시도,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스테이지 장치를 적용한 현미경 스테이지의 개략 구성도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 베이스 판(베이스부재) 16, 71 : 피니온

20 : 중판(제 1 이동 부재) 23, 31 : 랙

30 : 상판(제 2 이동 부재)

40, 140 : 제 1 회전 조작부(제 1 회전 조작 수단)

50, 150 : 제 2 회전 조작부(제 2 회전 조작 수단)

60 : 회전축 70 : 전달 부재(전달 수단)

본 발명은 스테이지 장치에 관한 것으로, 특히 XY방향으로 이동 가능한 스테이지 장치에 관한 것이다.

종래, 스테이지 장치는 예컨대 현미경에 사용되고 있다. 이 스테이지 장치는 현미경에 고정되는 베이스 판과, 이 베이스 판에 대하여 Y방향(현미경의 전후 방향)으로 이동 가능한 중판과, Y방향에 대하여 직교하는 X방향(현미경의 좌우 방향)으로 이동 가능한, 시료가 탑재되는 상판을 구비하고 있다. 상판은 X방향 뿐만 아니라 중판과 함께 Y방향으로 이동 가능하게 설치된다.

중판에는 단일 축 핸들이 설치되고, 이 단일 축 핸들을 조작함으로써 스테이지를 X방향 및 Y방향으로 독립적으로 이동시킬 수 있다.

또한, 스테이지를 X방향 및 Y방향으로 이동시키기 위한 조작 핸들을 베이스 판에 설치한 구성의 스테이지 장치도 알려져 있다(일본 특허 공개 공보 제 1997-127427호 참조).

이 스테이지 장치는, 랙·피니온으로 중판(Y방향으로 이동하는 판)을 이동시키고, 그것에 따라 상판(X방향으로 이동하는 판)을 Y방향으로 이동한다. 조작 핸들과 상판 사이에 설치된 상판을 이동시키기 위한 구동 기구는, 2개의 레버와 관절점으로 구성되고, 상판의 Y방향으로의 이동에 추종할 수 있는 구성으로 되어 있다.

그러나, 전자의 경우 현미경 관찰자가 시료를 탑재한 상판을 Y방향으로 이동시켰을 때, 단일 축 핸들도 Y방향으로 이동해 버리기 때문에, 현미경 관찰자도 단일 축 핸들과 동시에 손을 움직일 필요가 있다.

그런데, 통상 현미경 관찰자는 관찰하면서(접안 렌즈를 들여다보면서) 스테이지를 이동시킨다.

그 때문에, 핸들로부터 손을 일단 떼 버리면 손을 더듬으며 핸들을 찾지 않으면 안돼, 상술한 바와 같이 핸들의 위치가 고정되어 있지 않을 때에는 핸들을 찾는 것이 곤란해져, 사용하기에 나쁘다. 특히, 웨이퍼, 레티클, 액정 기판 등을 관찰할 때에는 스테이지가 대형이 되기 때문에, 핸들의 이동량이 커져, 핸들을 찾는 것이 보다 곤란해진다.

즉, 종래의 스테이지 장치를 현미경에 사용했을 때, 대단히 사용하기 어려워, 현미경을 장시간에 걸쳐 사용하는 현미경 관찰자에게 있어서, 스테이지의 조작은 막대한 피로를 가중시키는 작업이었다.

후자의 경우, 핸들의 위치가 고정되기 때문에, 스테이지의 조작은 용이하지만, 구성이 복잡하고, 정밀도[백래쉬(backlash)를 적게 하는 등] 있게 하기 어렵고, 큰 공간을 필요로 한다고 한 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 사용하기 좋고, 더구나 구성이 간단한 스테이지 장치를 제공하는 것이 그 과제이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 청구항 1에 기재된 발명은, 현미경 본체에 고정되는 베이스 부재와, 상기 베이스 부재에 대하여 제 1 방향으로 이동 가능한 제 1 이동 부재와, 상기 제 1 이동 부재에 대하여 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 이동 가능한 제 2 이동 부재와, 상기 베이스 부재에 설치되고, 상기 제 1 이동 부재를 이동시키기 위한 제 1 회전 조작 수단과, 상기 베이스 부재에 설치되고, 상기 제 2 이동 부재를 이동시키기 위한 제 2 회전 조작 수단과, 상기 제 1 회전 조작 수단과 상기 제 1 이동 부재 사이에 설치되고, 상기 제 1 회전 조작 수단의 회전력을 상기 제 1 이동 부재에 전달하는 제 1 구동 수단과, 상기 베이스 부재에 설치되는 동시에, 상기 제 1 방향으로 연장하여, 상기 제 2 회전 조작 수단의 회전 조작에 따라 회전하는 회전축과, 상기 회전축과 동축상에 설치되고, 상기 회전축의 축방향으로 이동 가능한 동시에, 상기 회전축과 일체적으로 회전 가능한 전달 수단과, 상기 전달 수단과 상기 제 2 이동 부재 사이에 설치되고, 상기 제 2 회전 조작 수단의 회전력을 상기 제 2 이동 부재에 전달하는 제 2 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

제 1 회전 조작 수단을 회전시켰을 때, 회전력은 제 1 구동 수단을 거쳐서 제 1 이동 부재에 전달되고, 제 1 이동 부재는 제 1 방향으로 이동한다. 제 2 회전 조작 수단을 회전시켰을 때, 회전력은 회전축, 전달 수단 및 제 2 구동 수단을 거쳐서 제 2 이동 부재에 전달되고, 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 이동한다. 전달 수단은 제 1 이동 부재 및 제 2 이동 부재와 함께 제 1 방향으로 이동한다. 이 때, 제 1 회전 조작 수단 및 제 2 회전 조작 수단은 베이스 판에 설치되기 때문에, 제 1 이동 부재 및 제 2 이동 부재를 이동시켰을 때라 하더라도 이동하지 않는다. 또한, 종래예에 비하여 구성이 간단하다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 스테이지 장치에 있어서, 상기 제 2 회전 조작 수단은 상기 제 1 방향으로 연장하는 상기 회전축상에, 상기 제 1 회전 조작 수단은 상기 회전축으로 직교하는 조작축상에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

제 2 회전 조작 수단을 회전축상에 설치했기 때문에, 부품 개수를 삭감할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 스테이지 장치의 개략 구성도이며, 도 2는 도 1의 화살표(A) 방향에서 바라본 도면이며, 도 3은 도 1의 화살표(B) 방향에서 바라본 도면이다.

현미경 스테이지는, 베이스 판(베이스 부재)(10)과, 중판(제 1 이동 부재)(20)과, 상판(제 2 이동 부재)(30)과, 제 1 회전 조작부(제 1 회전 조작 수단)(40)와, 제 2 회전 조작부(제 2 회전 조작 수단)(50)와, 회전축(60)과, 전달 부재(전달 수단)(70)를 구비하고 있다.

중판(20)을 Y방향(도 1의 도면 관통 방향)으로 안내하는 가이드부(12)가, 현미경 본체에 고정된 베이스 판(10)에 설치되어 있다. 이 가이드부(12)는, 베이스 판(10)에 형성된 홈(12a), 중판(20)에 형성된 홈(21a) 및 볼(21b)로 구성된다.

또한, 상판(30)을 X방향(도 2의 도면 관통 방향)으로 안내하는 가이드부(22) 가 중판(20)에 설치되어 있다. 이 가이드부(22)는, 중판(20)에 형성된 홈(22a), 상판(30)에 형성된 홈(32a) 및 볼(32b)로 구성된다.

베이스 판(10)에는 베이스 보조판(11)이 일체적으로 고착되어 있다.

중판(20)을 Y방향으로 이동시키기 위한 제 1 회전 조작부(40)와 상판(30)을 X방향으로 이동시키기 위한 제 2 회전 조작부(50)가 조작축(13)의 한쪽 단부에 설치된다.

또, 제 2 회전 조작부(50)는 제 1 회전 조작부(40)와 같은 조작축(13)상에 설치되지만, 양 회전 조작부(40, 50)를 각각 별개로 독립적으로 회전시킬 수 있다.

회전 조작부(40)를 회전시키면 풀리(14)가 회전한다. 이 풀리(14)는 Y방향으로 소정 거리만 두고 분리 설치된 풀리(15)에 벨트(14a)를 거쳐서 연결되어 있다. 풀리(15)는 베이스 보조판(11)에 회전 가능하게 장착된 축(15a)의 한쪽 단부에 장착되어 있다.

랙(23)과 맞물리는 피니온(16)이 축(15a)의 다른쪽 단부에 설치된다. 랙(23)은 중판(20)에 Y방향을 따르도록 설치된다. 랙(23)과 피니온(16)으로 제 1 구동 수단을 구성한다.

또한, 회전 조작부(50)를 회전시키면 그 회전은, 베이스 보조판(11)을 관통하여, 유니버셜 조인트(61)를 거쳐서 Y방향으로 연장하는 회전축(60)에 전달된다. 회전축(60)은 베이스 보조판(11)에 설치된 베어링(17a, 17b)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다.

회전축(60)에는 원통형의 전달 부재(70)가 장착되고 있다. 이 전달 부재(70)는 회전축(60)의 축방향(Y방향)으로 이동할 수 있고, 회전축(60)과 일체적으로 회전한다.

전달 부재(70)의 한쪽 단부에 피니온(71)이 형성되고, 다른쪽 단부에 플랜지부(72)가 형성되어 있다.

피니온(71)은 상판(30)의 고정된 랙(31)과 맞물려 있다. 이 랙(31)은 X방향을 따르도록 설치된다. 랙(31)과 피니온(71)으로 제 2 구동 수단을 구성한다.

플랜지부(72)는 중판(20)에 고정된 블록(24)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 중판(20)의 이동에 따라 Y방향으로 전달 부재(70)를 이동시킬 수 있다.
시료 홀더(35)는 클램프 나사(도시하지 않음) 등에 의해서 상판(30)에 장착되어 있다. 따라서, 클램프 나사를 느슨하게 하는 것만으로 검경하는 시료에 따라 다른 시료 홀더로 용이하게 교환할 수 있다.

도 4는 회전축과 전달 부재로 구성되는 볼 스플라인 기구를 설명하는 사시도이며, 전달 부재의 일부를 절결하여 나타내고 있다.

회전축(60)의 외주면과 전달 부재(70)의 내주면에 각각 홈(60a, 70a)이 설치되어 있다. 강철구(75)는 홈(70a)에 따라 회전하면서 순환한다. 전달 부재(70)는 회전축(60)과 일체적으로 회전할 수 있고, 회전축(60)에 따라 직선 운동할 수 있다.

상기 스테이지 장치는 다음과 같이 작동한다.

제 1 회전 조작부(40)를 회전시켰을 때, 회전력은 풀리(14), 벨트(14a), 풀리(15), 축(15a), 피니온(16) 및 랙(23)을 거쳐서 중판(20)에 전달된다. 그 때문에, 중판(20)은 Y방향으로 이동한다.

제 2 회전 조작부(50)를 회전시켰을 때, 회전력은 유니버셜 조인트(61), 회전축(60), 전달 부재(70), 피니온(71) 및 랙(31)을 거쳐서 상판(30)에 전달된다. 그 때문에, 상판(30)은 X방향으로 이동한다.

이때, 전달 부재(70)는 중판(20) 및 상판(30)과 함께 Y방향을 따라 움직일 수 있기 때문에, 피니온(71)과 랙(31)은 항상 맞물려 있다.

이 제 1 실시예에 의하면, 이하의 효과를 나타낸다.

① 조작축(13)이 베이스 판에 설치되기 때문에, 중판(20) 및 상판(30)을 이동시켰을 때라도, 제 1 회전 조작부(40) 및 제 2 회전 조작부(50)는 이동하지 않는다. 따라서, 현미경 스테이지는 사용하기에 쉽고, 시료를 현미경으로 관찰하면서(접안 렌즈로 들여다 보면서) 스테이지를 이동시키는 조작도 용이하게 실행할 수 있기 때문에, 검경자의 피로를 경감할 수 있다.

② 종래의(짜이스(Zeiss) 출원의) 현미경 스테이지에 비하여 구성이 간단하기 때문에, 여분인 공간을 필요로 하지 않고, 스테이지의 소형화를 도모함과 동시에, 저비용으로 정밀도가 양호하다.

③ 벨트(14a)에 의해서 회전 조작부(40)의 회전력을 벨트(14a)를 거쳐서 축(15a)에 전달하고 있기 때문에, 조작축(13)을 검경자측에 위치시킬 수 있는 동시에 랙이 검경자측으로 뚫고 나오지 않기 때문에, 웨이퍼, 레티클, 액정 기판 등을 관찰할 때와 같이 스테이지가 대형이 되는 경우에라도 회전 조작부(40, 50)는 조작하기 용이하다.

또, 상기 실시예에서는 직교하는 조작축(13)과 회전축(60)의 연결에 유니버셜 조인트(61)를 이용했지만, 유니버셜 조인트(61) 대신에 예컨대 베벨 기어, 웜 기어, 벨트 또는 와이어 등을 이용해도 무방하다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 스테이지 장치를 적용한 현미경 스테이지의 개략 구성도이며, 제 1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

중판(20)을 이동시키기 위한 제 1 회전 조작부(140)의 조작축(113)은 축(15a)과 일체적으로 설치된다.

제 1 회전 조작부(140)를 회전시킴으로써, 회전력은 조작축(113), 피니온(16), 랙(23)을 거쳐서 중판(20)에 전달되고, 중판(20)이 Y방향으로 이동한다.

상판(30)을 이동시키기 위한 제 2 회전 조작부(150)는 Y방향으로 연장하는 회전축(60)의 한쪽 단부에 설치된다.

제 2 회전 조작부(150)를 회전시킴에 따라, 회전력은 회전축(60), 피니온(71), 랙(31)을 거쳐서 상판(30)에 전달되고, 상판(30)이 X방향으로 이동한다.

이 제 2 실시예에 의하면, 제 1 실시예의 효과 ① 및 ②와 마찬가지의 효과를 내는 동시에, 제 1 실시예와 같이 축방향을 바꾸기 위한 유니버셜 조인트(61)를 이용하지 않는 만큼 부품 개수가 삭감되기 때문에, 구성이 간략화되고, 정밀도의 향상과 함께 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또, 상기 각 실시예에 있어서, 블록(24)은 전달 부재(70)를 중판(20) 및 상판(30)에 확실히 추종할 수 있고, 플랜지부(72)의 회전에 영향을 미치지 않도록, 마찰 계수가 작은 재료를 사용하거나, 플랜지부(72)와의 미끄럼 운동부에 윤활용의 기름을 치는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 실시예에서는, 회전축(60)과 전달 부재(70), 볼 스플라인 기구를 구성했지만, 회전축(60)과 일체적으로 회전하고, 회전축(60)에 따라 직선 운동할 수 있는 기구라면 무방하고, 예컨대 강철구를 이용하지 않고, 전달 부재(70)의 내주면에 회전축(60)의 홈과 걸어 맞춤하는 돌기를 설치하는 구성으로 해도 무방하다.

또한, 상기 각 실시예는 현미경 스테이지에 적용한 경우에 대하여 설명했지만, 이 스테이지 장치는 측정기 등에도 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 청구항 1에 기재된 발명의 스테이지 장치에 의하면, 사용하기에 좋고, 또한 종래예에 비하여 스테이지의 소형화를 도모할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명의 스테이지 장치에 의하면, 구성이 간략화되고, 정밀도의 향상과 함께 비용의 저감을 도모할 수 있다.

Claims

현미경 본체에 고정되는 베이스 부재와,

상기 베이스 부재에 대하여 제 1 방향으로 이동 가능한 제 1 이동 부재와,

상기 제 1 이동 부재에 대하여 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 이동 가능한 제 2 이동 부재와,

상기 베이스 부재에 설치되고, 상기 제 1 이동 부재를 이동시키기 위한 제 1 회전 조작 수단과,

상기 베이스 부재에 설치되고, 상기 제 2 이동 부재를 이동시키기 위한 제 2 회전 조작 수단과,

상기 제 1 회전 조작 수단과 상기 제 1 이동 부재 사이에 설치되고, 상기 제 1 회전 조작 수단의 회전력을 상기 제 1 이동 부재에 전달하는 제 1 구동 수단과,

상기 베이스 부재에 설치되는 동시에, 상기 제 1 방향으로 연장하여, 상기 제 2 회전 조작 수단의 회전 조작에 따라 회전하는 회전축과,

상기 회전축과 동축상에 설치되고, 상기 회전축의 축방향으로 이동 가능한 동시에, 상기 회전축과 일체적으로 회전 가능한 전달 수단과,

상기 전달 수단과 상기 제 2 이동 부재 사이에 설치되고, 상기 제 2 회전 조작 수단의 회전력을 상기 제 2 이동 부재에 전달하는 제 2 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는

스테이지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 회전 조작 수단은 상기 제 1 방향으로 연장하는 상기 회전축상에, 상기 제 1 회전 조작 수단은 상기 회전축에 직교하는 조작축상에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는

스테이지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 회전축과 상기 전달 수단은 볼 스플라인 기구를 구성하는 것을 특징으로 하는

스테이지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 회전 조작 수단과 상기 제 2 회전 조작 수단은 상기 베이스 부재의 일단에 배치되고, 동일 축상에 겹쳐서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는

스테이지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전달 수단은 상기 회전축의 축방향의 이동을 규제하는 블록 및 플랜지부에 의해, 소정의 이동 범위내에서 왕복 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는

스테이지 장치.