JP2008290196A - Stage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高精度な位置決め性能を要求される検査装置等に用いられるステージ装置に関するものである。 The present invention relates to a stage apparatus used in an inspection apparatus or the like that requires high-precision positioning performance.
本発明の対象であるステージ装置を適用した装置として、走査電子顕微鏡がある。 As an apparatus to which the stage apparatus that is the subject of the present invention is applied, there is a scanning electron microscope.
この走査電子顕微鏡は、電子銃で発生した電子ビームをコンデンスレンズと対物レンズを通して試料室内の試料移動用テーブルの上に取付けられた試料上を走査しながら照射し、試料から出てくる二次電子を二次電子検出器で捉えて試料表面を観察する装置である。 This scanning electron microscope irradiates an electron beam generated by an electron gun while scanning a sample mounted on a sample moving table in a sample chamber through a condensation lens and an objective lens, and emits secondary electrons emitted from the sample. Is a device for observing the surface of a sample by capturing with a secondary electron detector.
近年、半導体の不良解析において、特定のセルを走査電子顕微鏡で捉えて解析するニーズが高くなってきており、従来にも増してテーブルの位置決め性能を向上させることが不可欠となっている。このテーブルの位置決め性能を阻害する要因の一つとして、テーブルを停止させた後に発生するドリフトがある。 In recent years, in semiconductor defect analysis, there has been a growing need for analyzing specific cells with a scanning electron microscope, and it is indispensable to improve the positioning performance of the table as compared with the conventional case. One factor that hinders the positioning performance of the table is a drift that occurs after the table is stopped.
このドリフトは、テーブルを駆動するためにモータの回転運動を直線運動に変換するボールネジや、ボールネジへ回転力を伝達するためのユニバーサルジョイントやベアリングなどの駆動機構要素内部に蓄積されるテーブル移動方向の弾性歪や、ボールネジに塗布されるグリス等の粘性抵抗などが要因と考えられている。 This drift is caused by the movement of the table accumulated in the drive mechanism elements such as the ball screw that converts the rotational motion of the motor to linear motion to drive the table, and the universal joint and bearing that transmit the rotational force to the ball screw. It is considered that elastic strain and viscous resistance such as grease applied to the ball screw are factors.
このドリフトを防止する手段として、例えば特許文献１のようにテーブルの移動方向に弾性歪が蓄積しないような駆動機構を備えた技術が提案されている。
As means for preventing this drift, for example, a technique having a drive mechanism that does not accumulate elastic strain in the moving direction of the table as in
上記特許文献１に記載されたテーブル移動装置は、上述したようにテーブルを移動させるためにボールネジに回転力を伝達する際、このボールネジに軸方向の力やたわみを生じさせる力が作用することを防止するためのものである。
When the table moving device described in the above-mentioned
この特許文献１では、ボールネジに連結されるナットが設けられた移動可能なテーブルを備えている。前記ボールネジを回転可能に支持しかつ前記テーブルを前記ボールネジの軸方向に移動可能に支持するテーブル支持部材を備えている。前記ボールネジに一体的に装着されたシャフト装着スパーギヤを備えている。前記テーブル支持部材に回転可能に支持されかつ前記ボールネジに平行な平行回転軸および前記平行回転軸に交差する交差回転軸を備えている。前記平行回転軸に一体的に装着されかつ前記シャフト装着スパーギヤとかみ合う平行回転軸スパーギヤを備えている。前記平行回転軸に一体的に装着された第一のベベルギヤを備えている。前記交差回転軸に一体的に装着された第二のベベルギヤを備えている。前記交差回転軸と伸縮可能な伸縮ロッドの一端部である出力端部とを連結する出力側ユニバーサルジョイントを備えている。前記伸縮ロッドの他端部である入力端部と回転駆動される駆動軸の一端部と連結する入力側ユニバーサルジョイントを備えている。さらに前記駆動軸を回転駆動する駆動装置を備えた構成となっている。
In this
この構成では、テーブルを駆動する際に平行回転軸には軸方向に周期的な力が作用して周期的な往復移動が生じたり、第一のべべルギヤが装着された部分を湾曲させるような力が作用したりする。しかし平行回転軸およびそれに装着された平行回転軸装着スパーギヤが軸方向に往復移動しても、前記平行回転軸装着スパーギヤとそれにかみ合うシャフト装着スパーギヤとは共にスパーギヤであるため、前記シャフト装着スパーギヤおよびこれが装着されたボールネジには軸方向の力はほとんど作用しない。したがって、前記テーブルを移動させるためのボールネジに回転力を伝達する際、前記ボールネジに軸方向の力やたわみを生じさせる力が作用することを防止する。 In this configuration, when the table is driven, a periodic force is applied to the parallel rotation shaft in the axial direction to cause periodic reciprocation, or a portion where the first bevel gear is mounted is curved. Force acts. However, even if the parallel rotation shaft and the parallel rotation shaft mounted spur gear mounted on the parallel rotation shaft reciprocate in the axial direction, both the parallel rotation shaft mounted spur gear and the shaft mounted spur gear engaged therewith are spur gears. Almost no axial force acts on the mounted ball screw. Therefore, when a rotational force is transmitted to the ball screw for moving the table, an axial force or a force causing a deflection is prevented from acting on the ball screw.
しかしながら、この構成のようにボールネジへ軸方向の力が作用しないように駆動機構系を構成すると、特許文献１で示されたようなスパーギヤや平行回転軸などの機構部品が増えてしまい、ステージ装置が大型化してしまう。
However, if the drive mechanism system is configured such that axial force does not act on the ball screw as in this configuration, the number of mechanical parts such as spur gears and parallel rotation shafts as disclosed in
また何度もギヤを介して動力伝達を行うため、ギヤ間に存在するバックラッシが位置決め精度に影響するといった問題がある。さらに上記の特許文献１は、ボールネジとこれに連結したナットとの間に作用する軸方向の力を抑制することはできないためボールネジに塗布されたグリスの粘性抵抗によるドリフトの抑制には効果がなく、またこれによるドリフトの対策に関しても何ら開示されていない。
Further, since power is transmitted through the gears many times, there is a problem that backlash existing between the gears affects the positioning accuracy. Furthermore, since the above-mentioned
本発明の目的は、特にボールネジに塗布されたグリスの粘性抵抗によるドリフトを抑制し、上述のテーブルの高精度な位置決め性能と簡素な駆動系といった課題を解決するステージ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a stage apparatus that suppresses the drift caused by the viscous resistance of grease applied to a ball screw, and solves the above-described problems such as high-precision positioning performance of the table and a simple drive system.
上記目的は、駆動モータと連結されたボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに連結されたボールネジナットと、このボールネジナットに連結部材を介して取付けられたテーブルとを備えたステージ装置において、前記ボールネジシャフトには回転自在の第１と第２のボールネジナットが取付けられ、この第１と第２のボールネジナットのうち第１のボールネジナットには前記連結手段を介して前記テーブルが連結され、前記第１と第２のボールネジナットの間には弾性部材が取付けられるとともに、前記第２のボールネジナットには回転を抑止する回転止めが取付けられていることにより達成される。 An object of the present invention is to provide a stage device including a ball screw shaft connected to a drive motor, a ball screw nut connected to the ball screw shaft, and a table attached to the ball screw nut via a connecting member. The first and second ball screw nuts are attached to the first ball screw nut and the table is connected to the first ball screw nut via the connecting means, and the first and second ball screw nuts are connected to the first and second ball screw nuts. This is achieved by attaching an elastic member between the second ball screw nuts and attaching a rotation stopper for preventing rotation to the second ball screw nuts.
また上記目的は、前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に圧縮力を作用させる部材であることにより達成される。 The above-mentioned object is achieved by the elastic member being a member that applies a compressive force between the first and second ball screw nuts.
また上記目的は、前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に引っ張り力を作用させる部材であることにより達成される。 Further, the above object is achieved by the elastic member being a member that applies a tensile force between the first and second ball screw nuts.
本発明によれば、ボールネジに取付けられたボールネジナットに軸方向の力が作用し、ナットがボールネジのネジ山へ押し付けられ、ボールネジの軸部とナット部の間でガタをなくすことができる。したがって、ボールネジが停止された後であってもボールネジに塗布されたグリスがガタ部へ入りこむことがないので、簡素な機構系の構成で高精度の位置決め性能を有するステージ装置を提供できる。 According to the present invention, axial force acts on the ball screw nut attached to the ball screw, the nut is pressed against the thread of the ball screw, and play between the shaft portion and the nut portion of the ball screw can be eliminated. Therefore, even after the ball screw is stopped, the grease applied to the ball screw does not enter the backlash portion, so that it is possible to provide a stage apparatus having a highly accurate positioning performance with a simple mechanism system configuration.
以下に、本発明における実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施例を備えたステージ装置の上面図である。 FIG. 1 is a top view of a stage apparatus provided with an embodiment of the present invention.
図２は、図１に示したステージ装置の側面図である。 FIG. 2 is a side view of the stage apparatus shown in FIG.
図３は、図２に示したステージ装置の部分断面図である。 FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the stage apparatus shown in FIG.
なお、実際の検査装置ではｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の三軸方向の移動や回転などの移動を実現するステージが組み合わされたステージ装置となっているが、本実施例では基本的な一軸のステージの例を示している。 The actual inspection apparatus is a stage apparatus that is combined with a stage that realizes movement such as x-axis, y-axis, and z-axis movement in three axes and rotation, but in this embodiment, a basic single axis is used. An example of the stage is shown.
図１に示すように、ステージ装置１００には試料や他のステージ装置が搭載されるテーブル１が取付けられている。２はテーブル１に固定され所定の移動方向に滑らかに移動させるとともに移動方向の案内機能を有するリニアガイドである。３はリニアガイド２が取付けられるベースである。４はテーブル１を駆動する駆動源となるモータである。５はモータ４からの回転運動をテーブルが直線的に運動するように運動変換を行うボールネジである。６は前記モータ４からの回転力を前記ボールねじへ伝達するためのテレスコープジョイントであり、７は中間軸である。８は中間軸７とボールネジ５の間を連結するカップリングである。
As shown in FIG. 1, a table 1 on which a sample and other stage devices are mounted is attached to the
図２に示すように、ボールネジ５（図１に示す）はボールネジシャフト５１と二つのボールネジナット５２，５３から構成されている。このボールネジシャフト５１は回転自在となるように図１に示すベース３の支持部３１，３２に図示されないベアリングを介して支持されている。これらのベアリングにはボールネジ５の軸方向のガタを抑制するために、予圧ネジ９で予圧がかけられている。また中間軸７もベースの支持部３３に回転自在となるようにやはり図示されないベアリングを介して支持されている。
As shown in FIG. 2, the ball screw 5 (shown in FIG. 1) includes a
ボールネジ５の一つのボールネジナット５２には、図２，図３に示すようにテーブル固定部材１０が固定されて取付けられている。また、テーブル固定部材１０とテーブル１とは連結部材１１で固定連結されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
もう一方のボールネジナット５３は、軸方向に弾性変形可能なカップリング１２で連結固定されている。またカップリング１２は、前記テーブル固定部材１０のカップリング固定部１０Ａに連結固定されている。カップリング１２は、軸方向には変形可能であるが回転方向にはほとんど変形しない。また、カップリング固定部１０Ａとボールネジナット５３にネジ固定されているため、カップリング１２はボールネジナット５３の回転止め部材としての機能も有している。
The other
図４は、図１のステージ装置における力の作用の説明する図である。
図５は、図１のステージ装置における他の実施例における力の作用を説明する図である。
図６は、他のステージ装置の実施例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the action of force in the stage apparatus of FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining the action of force in another embodiment of the stage apparatus of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of another stage apparatus.
カップリング１２とボールネジナット５３との固定は、ボールネジナット５２とボールネジシャフト５１との間に圧縮力を作用するか引っ張り力を作用させるかによって異なってくる。両ナットの間に図４の矢印Ａで示すような引っ張り力を作用させる場合には、所定の引っ張り力が作用するようにカップリング１２を軸方向に所定量だけ縮ませて変形させた状態でカップリング固定部１０Ａとボールネジナット５３へ固定する。この場合には、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のボールネジナット５３と反対側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２と反対側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
The
一方、両ナットの間に図５に示す矢印Ｂのように圧縮力を作用させる場合には、所定の圧縮力が作用するようにカップリング１２を軸方向に初期状態より所定量だけ伸ばして変形させた状態でカップリング固定部１０Ａとボールネジナット５３の円筒部５３Ａへネジで固定する。この場合には、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のナット５３側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
On the other hand, when compressive force is applied between both nuts as indicated by arrow B in FIG. 5, the
このようにボールネジ５のナットを二つとしてその間に引っ張り力Ａ、あるいは圧縮力Ｂを作用させることでボールネジシャフト５１とテーブルに連結されたボールネジナット５２の間のガタを抑制することでボールネジに塗布されたグリスがガタ内に流入することを防ぎ、これによって発生すると考えられるドリフトを抑制することができる。
In this way, two nuts of the
このようにボールネジシャフト５１とボールネジナット５２，５３の間のガタを抑制するためには軸方法に力を作用させることが必要となるため、ボールネジの寿命にも関係する。しかしながら、本実施例のように軸方向に作用する力が両ナット間に設けた弾性部材としてのカップリング１２の材質，寸法の選定や初期の変形量でドリフトを抑制するには十分でかつ寿命にほとんど影響しない小さな力を軸方向に作用させることができる。
Thus, in order to suppress the backlash between the
上述の実施例ではカップリング１２をボールネジナット５２とカップリング固定部１０Ａとの間で連結したものを示したが、これは図６に示すようにボールネジの両ナットであってもよい。この実施例においては、カップリング１２は一方のボールネジナット５２の円筒部５２Ａともう一方のボールネジナット５３の円筒部５３Ａにネジで固定連結されている。このように取付けることで、テーブル固定部材１０の形状を簡単化することができる。なお、このような取付け形態であっても取付け方法は図１に示す実施例と全く同様であるため同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the
なお、両ナットの間に引っ張り力が作用した状態にするか、圧縮力が作用した状態にするかは、テーブルの駆動の方法や駆動方向の回数の大小などによって定められるものであり限定されるものではない。 Whether the tensile force is applied between the nuts or whether the compression force is applied is determined by the table driving method and the number of times in the driving direction, and is limited. It is not a thing.
本発明の効果は、これが複数の構成となった場合でも何ら変わるものではない。 The effect of the present invention does not change at all even when it has a plurality of configurations.
図７は、本発明が適用されるステージ装置の他の実施例である。
図８は、本実施例を説明するための部分詳細説明図である。
図９は、他のステージ装置の実施例を示した図である。
ボールネジ５の一つのボールネジナット５２には、図７に示すようにテーブル固定部材１０が固定して取付けられている。また、テーブル固定部材１０とテーブル１とは連結部材１１で固定連結されている。また、もう一方のボールネジナット５３は、単にボールネジシャフト５１に取付けられた状態で回転自在に運動するように保持されている。
FIG. 7 shows another embodiment of the stage apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 8 is a partial detailed explanatory view for explaining the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of another stage apparatus.
A
ボールネジナット５２と５３の間には圧縮ばね１３が取付けられており圧縮ばね１３のばね力がボールネジナット５２と５３に作用するように圧縮ばね１３とボールネジナット５２，５３は接触している。
The
さらに本実施例では、テーブル固定部材１０と連結部材１１との間に、テーブル固定部材と共締めされた形でボールネジナット５３の回転止め部材１４が設けられている。この回転止め部材１４とボールネジナット５３の間には図８に示すようにわずかに隙間が設けられている。このため、ボールネジシャフト５１が回転するとわずかにボールネジナット５３も回転するが、ボールネジナット５３のフランジ部５３Ｂが回転止め部材１４に接触すると回転が止まり、ボールネジナット５３は軸方向へ移動する。
Further, in this embodiment, the
この実施例では、両ボールネジナット５２と５３間の距離は、両ボールネジナットに作用する力がドリフト抑制に十分でかつボールネジの寿命に影響しない力となるような圧縮ばねの圧縮量になるように設定されている。このように圧縮ばねを両ボールネジナット間に設けることで、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のボールネジナット５３と反対側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２と反対側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
In this embodiment, the distance between both ball screw nuts 52 and 53 is such that the compression force of the compression spring is such that the force acting on both ball screw nuts is sufficient to suppress drift and does not affect the life of the ball screw. Is set. By providing the compression spring between the ball screw nuts in this way, the
両ナット間に設けられるばね部材は図９に示すような引っ張りばねでもよい。この実施例では、両ボールネジナット５２，５３にネジで固定されたばね連結部材１５，１６に引っ張りばね１７が掛けられ、両ボールネジの間に力を作用させている。この場合には、ボールネジのナット５２は、ボールネジシャフト５１のボールネジナット５３側のネジ山へ押し付けられ、またボールネジナット５３はボールネジシャフト５１のボールネジナット５２側のネジ山へ押し付けられた状態となってガタが抑制される。
The spring member provided between the nuts may be a tension spring as shown in FIG. In this embodiment, the
実施例１でも述べたように、ボールネジシャフト５１とボールネジナット５２，５３の間のガタを抑制するためには軸方法に力を作用させることが必要となるため、ボールネジの寿命にも関係する。しかし、本実施例のように一方のナットの位置を製作者が適正値に設定できるような構成とすることで、軸方向に作用する力が両ナット間に設けた弾性部材としてのカップリング１２の材質，寸法の選定や初期の変形量でドリフトを抑制するには十分でかつ寿命にほとんど影響しない小さな力を軸方向に作用させることができる。
As described in the first embodiment, in order to suppress the play between the
なお、両ナットの間に引っ張り力が作用した状態にするか、圧縮力が作用した状態にするかは、テーブルの駆動の方法や駆動方向の回数の大小などによって定められるものであり限定されるものではない。 Whether the tensile force is applied between the nuts or whether the compression force is applied is determined by the table driving method and the number of times in the driving direction, and is limited. It is not a thing.
１ テーブル
２ リニアガイド
３ ベース
４ モータ
５ ボールネジ
１０ テーブル固定部材
１２ カップリング
１３ 圧縮ばね
１７ 引っ張りばね
５１ ボールネジシャフト
５２，５３ ボールネジナット
1 Table 2
Claims (3)
前記ボールネジシャフトには回転自在の第１と第２のボールネジナットが取付けられ、この第１と第２のボールネジナットのうち第１のボールネジナットには前記連結手段を介して前記テーブルが連結され、前記第１と第２のボールネジナットの間には弾性部材が取付けられるとともに、前記第２のボールネジナットには回転を抑止する回転止めが取付けられていることを特徴とするステージ装置。 In a stage device comprising a ball screw shaft connected to a drive motor, a ball screw nut connected to the ball screw shaft, and a table attached to the ball screw nut via a connecting member,
First and second ball screw nuts that are rotatable are attached to the ball screw shaft, and the table is connected to the first ball screw nut of the first and second ball screw nuts via the connecting means, An elastic member is attached between the first and second ball screw nuts, and a rotation stopper for preventing rotation is attached to the second ball screw nut.
前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に圧縮力を作用させる部材であることを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 1, wherein
The stage device according to claim 1, wherein the elastic member is a member that applies a compressive force between the first and second ball screw nuts.
前記弾性部材は第１と第２のボールネジナット間に引っ張り力を作用させる部材であることを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 1, wherein
The stage device according to claim 1, wherein the elastic member is a member for applying a tensile force between the first and second ball screw nuts.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
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| CN110763536A (en) * | 2019-11-01 | 2020-02-07 | 吉林大学 | Lymph node or affected tissue biopsy pathology inspection device |
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2007
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