JP2008145114A

JP2008145114A - 測定装置

Info

Publication number: JP2008145114A
Application number: JP2006329021A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Matsumoto; 孝彦松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】観察部が取り付けられる可動部の移動範囲の確保と装置の小型化とを両立可能な測定装置を提供する。
【解決手段】固定部１０と、固定部１０に対して直動自在に設けられた可動部２０と、固定部１０に取り付けられて測定対象物Ｓを支持する支持部１５と、可動部２０に取り付けられて支持部１５に支持された測定対象物Ｓの像を観察する観察部２５と、可動部２０を直動させる移動機構３０と、移動機構３０を駆動する駆動部４０とを有して構成される測定装置１において、移動機構３０が、可動部２０に回転自在に支持された雄ねじ部材３１と、固定部１０に設けられて雄ねじ部材３１に螺合された雌ねじ部材３２とを有して構成されており、駆動部４０が可動部２０に設けられている。このとき、雄ねじ部材３１と駆動部４０の出力軸４２とを同軸上に配置することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定部に取り付けられて測定対象物を支持する支持部と、可動部に取り付けられて測定対象物の像を観察するための観察部と、固定部に対して可動部を直動させる移動機構と、を有して構成される測定装置に関する。

図３に測定装置の従来例を示している。キャリッジ１２０は、固定部１１０にガイド機構１３５を介して設けられ、送りねじ機構を利用した移動機構１３０の作動によりガイド機構１３５に案内されて上下に直動する。固定部１１０には、測定対象物Ｓを支持するステージ１１５が水平動自在に取り付けられており、キャリッジ１２０には、測定対象物Ｓからの像を観察する観察部１２５が取り付けられている。ステージ１１５を水平移動させることにより測定対象物Ｓの上方に臨む部分の全域を観察でき、観察部１２５を上下動させることにより像の合焦が行われる。移動機構１３０は、固定部１１０に回転自在に支持されたボールねじ１３１と、キャリッジ１２０に設けられたナット１３２とが螺合されて構成される。固定部１１０にはボールねじ１３１を回転駆動する駆動部１４０が設けられている。駆動部１４０の出力軸１４２は、ボールねじ１３１と同軸上に配置され、軸継手１４７によってボールねじ１３１の上端部に連結されている。

測定対象物Ｓは、ステージ１１５と観察部１２５との間で上下に挟まれた空間Ａ内に配置される。この空間Ａ内に移動機構１３０等が露出していると、測定対象物Ｓがこの露出部分と干渉して観察を行えなくなるおそれがある。このため、ボールねじ１３１は、キャリッジ１２０が移動範囲の上限に位置している場合であっても下端部が空間Ａ内に露出しないように配置される。このように配置するため、図３に示す従来例によると、キャリッジ１２０が、移動範囲の下限に位置しているときにおいてガイド機構１３５に対して下方に延出するように取り付けられるとともに、ガイド機構１３５の下端とボールねじ１３１の下端との上下位置をほぼ等しくしている。

また、装置１０１の全高（上下方向の長さ）Ｈはキャリッジ１２０の移動位置によって変化するが、一般に装置１０１の搬送作業は、キャリッジ１２０を移動範囲の下限に位置させて全高Ｈを最小の状態にして行われる。ここで、キャリッジ１２０の移動範囲はボールねじ１３１の長さによって規定されるが、一般に、ガイド機構１３５に必要とされる長さＨ2に対し、ボールねじ１３１に電動モータ１４０や軸継手１４７を組み合わせた構造の全長Ｈ3が大きくなる。したがって、キャリッジ１２０が移動範囲の下限に位置する状態における装置１０１の全高Ｈが、固定部１１０の下面１１１ａから電動モータ１４０のハウジング上端面１４１ａまでの長さになっている。

特開２００２−９０６５３号公報

ところで、様々なサイズの測定対象物Ｓを測定対象として取り扱うことができる測定装置１０１を構成するためには、ボールねじ１３１を長くしてキャリッジ１２０の移動範囲を大きく確保する必要がある。近年このような構成に対する要請に応え、キャリッジ１２０の移動範囲の確保が図られているが、これに伴って装置の大型化を招いて搬送作業が煩雑になる等の問題が生じていた。また、ボールねじ１３１の下端部に電動モータ１４０の出力軸１４２を連結すると、キャリッジ１２０が移動範囲の下限に位置するときの装置の全高を短くすることができる。しかしながら、この構成によると、キャリッジ１２０が移動範囲の上限に位置している場合に、空間Ａ内に電動モータ１４０が露出し、測定対象物Ｓと電動モータ１４０が干渉して観察を行えなくなるおそれがあった。

このような問題に鑑み、本発明は、可動部の移動範囲の確保と、装置の小型化とを両立可能な測定装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る測定装置は、固定部と、固定部に対して直動自在に設けられた可動部と、固定部に取り付けられて測定対象物を支持する支持部と、可動部に取り付けられて支持部に支持された測定対象物の像を観察する観察部と、可動部を直動させる移動機構と、移動機構を駆動する駆動部とを有して構成される測定装置において、移動機構が、可動部に回転自在に支持された雄ねじ部材と、固定部に設けられて雄ねじ部材に螺合された雌ねじ部材とを有して構成されており、駆動部が可動部に設けられている。このとき、雄ねじ部材と駆動部の出力軸とを同軸上に配置することが好ましい。

本発明に係る測定装置によると、雄ねじ部材が可動部とともに移動されるため、可動部の移動位置に関わらず移動機構の構成部材が測定対象物と干渉するおそれがなくなる。このため、可動部の移動範囲を従来と同じだけ確保しつつ、装置を従来より小型化することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１，図２に示す本構成例の測定装置１は、固定部１０と、固定部１０に対して水平動自在に取り付けられて測定対象物Ｓを支持するステージ１５と、固定部１０に対して上下に直動自在に設けられたキャリッジ２０と、キャリッジ２０に取り付けられた観察部２５と、キャリッジ２０を上下動させるための移動機構３０と、移動機構３０を駆動する電動モータ４０とを有して構成されている。

固定部１０は、ベース１１と、ベース１１の端部から上下に直立して設けられた支柱１２とを有して構成されている。ステージ１５は、ベース１１の上側に水平動自在に取り付けられており、水平な支持面１５ａを有している。測定対象物Ｓは、ステージ１５の支持面１５ａ上に載置されて支持される。

キャリッジ２０は、ガイド機構３５を介して支柱１２と係合している。ガイド機構３５は、支柱１２に結合され上下に延在する第１レール（不図示）と、キャリッジ２０に結合され上下に延在する第２レール（不図示）とからなるレール３６に嵌合する複数のボール（不図示）をリテーナで保持する構造となっており、第１レールと第２レールとは延在方向に移動自在になっている。キャリッジ２０は第２レールを備え上下に延びる基部２１と、基部２１の上端部、中間部および下端部のそれぞれから水平に突出して設けられた３つの突出部２２〜２４とを有しており、ガイド機構３５に案内されて支柱１２に対して上下動自在になっている。

観察部２５はキャリッジ２０に固定されてレンズ等の光学部品が内蔵されて下端に対物レンズ２７が着脱自在に取り付けられた鏡筒２６と、鏡筒２６の上端に取り付けられたカメラ２８とを有して構成されている。対物レンズ２７の下端面２７ａは、ステージ１５の支持面１５ａと上下に対向されており、測定対象物Ｓは、対物レンズ２７の下端面２７ａとステージ１５の支持面１５ａによって上下に挟まれた測定空間Ａ内に配置される。また、測定対象物Ｓを照明する光学系は、鏡筒２６内に設けられて対物レンズ２７から照明光を測定対象物Ｓに落射する。観察部２５は、測定対象物Ｓからの反射光から像を形成してカメラ２８の撮像面に結像し、カメラ２８で撮影された像をモニタ画面（図示略）で観察可能に構成されている。反射光の光軸は上下に指向されている。

なお、鏡筒２６内には、カメラ２８に結像された測定対象物Ｓの像の合焦位置を求めるオートフォーカス装置が内蔵されており、支柱１２にはキャリッジ２０の基部２１に沿って観察部２５の移動位置を検出するエンコーダ（図示略）が設けられている。

上記構成の測定装置１によると、測定対象物Ｓがステージ１５の支持面１５ａに載置されて測定空間Ａ内に配置され、測定対象物Ｓからの反射光から形成された像がカメラ２８の撮像面に結像される。そして、オートフォーカス装置により像の合焦位置が検出されてデフォーカス量が求められ、エンコーダからの検出値を参照して移動機構３０が駆動されて観察部２５がこのデフォーカス量だけ自動的に上下動される。また、測定対象物Ｓの上面に臨む部分について全領域を観察するため、ステージ１５が駆動されて測定対象物Ｓが測定空間Ａ内を水平移動される。

移動機構３０は、送りねじ機構を利用したものであり、キャリッジ２０に設けられたボールねじ３１と、支柱１２に固設されたナット部３２とが螺合されて構成されている。ボールねじ３１は、上端部３１ａおよび下端部３１ｂがキャリッジ２０の中間突出部２３および下端突出部２４に内蔵されたベアリング４６ａ，４６ｂによって回転自在に支持されており、外周面に雄ねじが形成された中間部３１ｃが中間突出部２３および下端突出部２４の間に上下に挟まれた空間２０ｂに配置され、軸が上下に指向されている。

電動モータ４０は、ステッピングモータ等からなり、ケーシング４１がキャリッジ２０の上端突出部２２の上面側に配設されている。ボールねじ３１の上端部３１ａは、中間突出部２３を上方に貫通して設けられており、電動モータ４０の出力軸４２は、ボールねじ３１と同軸上に配置されてキャリッジ２０の上端突出部２２を下方に貫通して設けられている。電動モータ４０の出力軸４２およびボールねじ３１の上端部３１ａは、キャリッジ２０の上端突出部２２および上部突出部２３の間に上下に挟まれた空間２０ａにおいて、キャリッジ２０に保持された軸継手４７により連結されている。なお、軸継手４７はフレキシブル型を用いることが好ましい。また、電動モータ４０に電力を供給するための電源（図示略）は、固定部１０に設けられており、電動モータ４０を電源に繋ぐケーブル（図示略）は、支柱１２に取り付けられたフレキシブルケーブルガイド（図示略）に保持されている。これにより、ケーブルが外部から保護されるとともにキャリッジ２０や観察部２５の上下動を妨げないようになっている。

上記構成の移動機構３０においては、電動モータ４０が駆動されると電動モータ４０の出力軸４２がその駆動状態に応じた方向に回転し、電動モータ４０の回転駆動力が軸継手４７を介してボールねじ３１に伝達され、ボールねじ３１が出力軸４２と同一の回転方向に回転駆動される。ボールねじ３１が所定方向に回転駆動されると、ボールねじ３１がナット部３２に対して下方に螺入され、キャリッジ２０が下方に移動される。ボールねじ３１が逆方向に回転駆動されると、ボールねじ３１がナット部３２に対して上方に螺入され、キャリッジ２０が上方に移動される。このように、キャリッジ２０はボールねじ３１とともに移動し、このようにナット部３２の上下位置は回動可能に固定されている。本構成例によると、電動モータ４０の出力軸４２とボールねじ３１とが同軸上に配置されて直結されているため、ボールねじ３１に電動モータ４０の回転駆動力が正確に伝達され、キャリッジ２０の移動制御を正確に行うことができる。

ここで、図１には、キャリッジ２０が移動範囲の下限に位置している状態、すなわち、測定空間Ａの上下幅を最小にして測定装置１の全高Ｈが最小になっている状態を示しており、図２には、キャリッジ２０が移動範囲の上限に位置している状態、すなわち、測定空間Ａの上下幅を最大にして測定装置１の全高Ｈ′が最大になっている状態を示している。なお、図１に示す状態は測定装置１の全高Ｈが最小になっているので、測定装置１を搬送する際に収容空間が小さくて済み都合がよい。また、図２に示す状態では空間Ａが最大となり高さの高い観察測定物Ｓの観察が可能となる。

キャリッジ２０の移動可能量は、ボールねじ３１の中間部３１ｃの軸長に規定され、その軸長にほぼ等しくなるが、本構成例のボールねじ３１の長さとナット部３２の深さは図３に示す従来例と同様に設定されているため、キャリッジ２０の移動可能量についても従来例と同じ長さになっている。ベース１１の下面１１ａからステージ１５の支持面１５ａまでの距離Ｈ15、および、ベース１１の下面１１ａから支柱１２の上端までの距離Ｈ12についても、図３に示す従来例と同様に設定されている。なお、支柱１２の上端の位置は、ガイド機構３５のレール３６の上端位置に合わせて設定されている。また、ベース１１の下面１１ａからキャリッジ２０の基部２１の下端までの距離Ｈ31、および、ベース１１の下面１１ａから対物レンズ２７の下端面２７ａまでの距離Ｈ27は、キャリッジ２０の移動位置に応じて変化する。図１に示す状態においては、これらの距離は図３に示す従来例と同じ長さになっている。なお、この状態において、キャリッジ２０の基部２１の下端は、ガイドレール３６に対して下方に延出された状態になっている一方、対物レンズ２７の下端面２７ａよりも上方に位置しており、キャリッジ２０やボールねじ３１が観察測定物Ｓと干渉しないように配置されている。

また、ボールねじ３１の下端部３１ｂはキャリッジ２０の下端突出部２４に支持され、ベース１１の下面１１ａからボールねじ３１の下端までの距離Ｈ31が従来例よりも小さくなっている。このように取り付けられたボールねじ３１の上端部３１ａに駆動モータ５０の出力軸５２が連結されており、ベース１１の下面１１ａから駆動モータ４０のハウジング上端面４１ａまでの距離Ｈ41は、ベース１１の下面１１ａから支柱１２の上端までの距離Ｈ12よりも小さくなっている。なお、この距離Ｈ12は、ベース１１の下面１１ａからカメラ２８のハウジング上端面２８ａまでの距離にほぼ等しくなるように光学系配置を工夫している。したがって、図１に示す状態において測定装置１の全高Ｈは、ベース１１の下面１１ａから支柱１２の上端までの距離Ｈ12になっている。

ボールねじ３１は、キャリッジ２０とともに上下動するため、ボールねじ３１の下端と対物レンズ２７の下端面２７ａとの距離は、キャリッジ２０の移動位置に関わらず常に一定値ｄに保持される。このため、図２に示すようにキャリッジ２０が移動範囲の上限に位置しても、ボールねじ３１の下端が測定空間Ａ内に露出することはない。なお、図２に示す状態において測定装置１の全高Ｈ′は、ベース１１の下面１１ａから駆動モータ４０のハウジング上端面４１ａまでの距離Ｈ41′になっている。

このような本構成例の測定装置１によると、観察部２５とボールねじ３１がキャリッジ２０とともに移動されるため、ボールねじ３１を従来より下方に配置しても、キャリッジ２０の移動位置に関わらずボールねじ３１やキャリッジ２０が測定空間Ａ内に露出しなくなり、測定空間Ａ内に配置された測定対象物Ｓが水平動されても干渉のおそれがない。このようにボールねじ３１が下方に配置されることにより、電動モータ４０や軸継手４７についても従来より下方に配置することができる。したがって、上下動可能量を確保しつつ装置１の全高Ｈを小型化することができ、測定空間Ａ内に配設された測定対象物Ｓの測定を支障なく行うことができる。特に、キャリッジ２０が移動範囲の下限に位置して装置の全高Ｈが最小の状態になるときに、従来よりも装置が小型化されるため、搬送時の作業効率の向上が図られる。

なお、本発明の範囲は上記構成に限られない。例えば、電動モータ４０の出力軸４２をボールねじ３１の下端部３１ｂに連結してもよい。このとき、ボールねじ３１の上端部３１ａが支柱１２の上端よりも下方に配置されることが好ましい。このように構成しても、キャリッジ２０が移動範囲の上限に位置しているときに電動モータ４０等が測定空間Ａ内に露出することがなく、測定対象物との干渉が生じず測定を支障なく行うことができる。

本発明に係る測定装置の一実施形態において、キャリッジが移動範囲の下限に位置しているときを示す測定装置の正面図である。キャリッジが移動範囲の上限に位置しているときを示す測定装置の正面図である。測定装置の従来例において、可動部が移動範囲の下限に位置しているときを示す測定装置の正面図である。

符号の説明

Ｓ測定対象物１測定装置
１０固定部１５ステージ（支持部）
２０キャリッジ（可動部）２５観察部
３０移動機構３１ボールねじ
３２ナット４０電動モータ（駆動部）
４２出力軸４７軸継手

Claims

固定部と、前記固定部に対して直動自在に設けられた可動部と、前記固定部に取り付けられて測定対象物を支持する支持部と、前記可動部に取り付けられて前記支持部に支持された測定対象物の像を観察する観察部と、前記可動部を直動させる移動機構と、前記移動機構を駆動する駆動部と、を有して構成される測定装置において、
前記移動機構が、前記可動部に回転自在に支持された雄ねじ部材と、前記固定部に設けられて前記雄ねじ部材に螺合された雌ねじ部材と、を有して構成されており、前記駆動部が前記可動部に設けられていることを特徴とする測定装置。
前記雄ねじ部材と前記駆動部の出力軸とが、同軸上に配置されて連結されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。