JPH10249662A - 直線移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの熱によるステージの移動速度制御へ
の影響がない直線移動装置を提供する。 【解決手段】 モータ22(35)が作動すると熱が発生し、
モータ22(35)の出力軸23(36)からねじ軸15(28)へ伝わろ
うとする。しかし、断熱部材20(33)がモータ22(35)と直
動ねじ14(27)との間に介在しているので、モータ22(35)
と直動ねじ14(27)との間が断熱され、ねじ軸15(28)の両
端での温度勾配が発生しない。このため、ねじ軸15(28)
のモータ22(35)側のピッチと他端部側のピッチとが異な
ることがなく、ナット26(37)がねじ軸15(28)上のどの位
置を移動してもステージ12の移動速度が変化することが
なくステージ12の移動速度制御への影響がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基台上で往復移動
するステージを移動するための直動ねじと、直動ねじを
回転するモータとからなる直線移動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路用マスク等のパターンの線幅等
の短寸法計測を行う装置としてＳｉＳＣＡＮ（商品名、
レーザー走査型共焦点顕微鏡）がある。

【０００３】ＳｉＳＣＡＮは、２次元計測イメージを生
成するために、スキャナーと呼ばれるデバイスでサンプ
ルとレーザ光との相対位置を高速で変化させ所望のパタ
ーンのＸ方向の走査を行いながら、サンプルを載せたス
テージをＹ方向に低速で走査してイメージメモリにデー
タを書き込んでいる。

【０００４】ステージの移動には直線移動装置が用いら
れている。

【０００５】図５（ａ）は従来の直線移動装置の平面図
であり、図５（ｂ）はその側面図である。尚、簡単のた
め１次元移動用の直線移動装置について説明する。

【０００６】直線移動装置は、基台１に、直線状のレー
ル２，３に沿って移動自在なステージ４を移動すべく、
基台１に直動ねじ５を回転自在に設けると共にその直動
ねじ５に螺合したナット９をステージ４に連結し、さら
に直動ねじ５にモータ８を連結したものである。

【０００７】ステージ４の移動は、モータ８により直動
ねじ５のねじ軸６を回転し、ナット９を移動することに
より行われる。

【０００８】ステージ４の移動位置は、ＬＭＳ（レーザ
計測システム）により計測される。すなわち、移動方向
のステージにバーミラーを取り付け、その移動方向より
バーミラーにレーザ光を照射させると共に反射させ、そ
の干渉光を検出することでステージの位置を検出するよ
うになっている。

【０００９】ＬＭＳからのＬＭＳ信号は、ステージ位置
のエンコーダ信号であり、本出願人らが先に提案した特
願平８−３２６８９７号（走査型顕微鏡における線幅計
測精度の向上方法）に示したように、エンコーダ信号の
ピッチを高周波数のクロックでカウントすることで、ス
テージの位置と実速度とを検出することができる。

【００１０】通常、ステージ４は、ＬＭＳ信号を基にフ
ィードバック制御がなされ、指定したステージ４の速度
に対してステージ４の実速度の差分をＬＭＳ信号から検
出し、フィードバック量を決定し、サーボ系を構成する
モータ８の回転速度を制御してステージ４が指定した理
想の速度で移動するようにフィードバック制御される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この制御
は、直動ねじ５の回転数に対する送りピッチが一定であ
ることを前提としてなされる。

【００１２】しかしながら、直動ねじ５は鉄系の金属で
構成され、その熱膨張係数は約１１．７×１０^-6と高
く、モータ８が発熱して仮にその温度が７５℃程度とな
ると、直動ねじ５のモータ側と他端側とでは最大で５０
℃程度の温度差が生じる。

【００１３】従ってねじ軸６のモータ側と他端側とでは
熱膨張長さが相違し、ねじ軸６の両端では単位長さ（ｃ
ｍ）当り約６μｍ程度異なってしまい、ステージ４の移
動制御にかなり影響を与える。

【００１４】通常、ＳｉＳＣＡＮの最高倍率像（計測の
際最もよく用いられる）の視野は約１６μｍ角であり、
２５℃と７５℃とではその膨張長さの差が約０．００９
μｍあり、計測精度に影響が生じる。

【００１５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、モータの熱によるステージの移動速度制御への影響
がない直線移動装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基台上のステージを往復移動すべく基台
に、直動ねじを回転自在に設けると共にその直動ねじに
螺合したナットをステージに連結し、さらに直動ねじに
モータを連結した直線移動装置において、モータと直動
ねじとの連結部に断熱部材を介在させたものである。

【００１７】上記構成によって、モータと直動ねじとの
間が断熱部材で断熱されるので、モータで発生した熱が
直動ねじへ伝わるのが阻止される。このため直動ねじは
略常温に保たれ、両端での温度勾配が発生しない。直動
ねじに温度勾配が発生しないので、ねじ軸のピッチがモ
ータ側と他端側とで異なることがなくなり、ナットがね
じ軸上のどの位置を移動するときも速度が変化すること
がなくステージの移動速度制御を高精度で行うことがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１９】図１（ａ）は本発明の直線移動装置の一実
施の形態を示す平面図であり、図１（ｂ）はその側面図
である。

【００２０】この直線移動装置は、Ｘ軸方向移動用直線
移動部１０の上にＹ軸方向移動用直線移動部１１が設け
られており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にステージ１２を移
動させることができるようになっている。

【００２１】下側基台１３上の中央には、直動ねじ１４
のねじ軸１５が軸受１６，１７に回転自在に支承されて
いる。ねじ軸１５の両側にはねじ軸１５と平行に２本の
レール１８，１９が配置されている。直動ねじ１４のね
じ軸１５の入力軸１５ａには例えばセラミックからなる
断熱部材２０が取り付けられており、断熱部材２０はカ
ップリング２１によりモータ２２の出力軸２３に連結さ
れている。モータ２２は保持部材２４により下側基台１
３に固定されている。

【００２２】一方、レール１８，１９の上には上側基台
２５がレール１８，１９に沿って往復移動自在に載置さ
れており、上側基台２５が直動ねじ１４のナット２６に
連結されている。上側基台２５上の中央には、直動ねじ
２７のねじ軸２８が軸受２９，３０に回転自在に支承さ
れており、ねじ軸２８の両側にはねじ軸２８と平行に２
本のレール３１，３２が配置されている。直動ねじ２７
のねじ軸２８の入力軸２８ａには断熱部材３３が取り付
けられており、断熱部材３３はカップリング３４により
モータ３５の出力軸３６に連結されている。直動ねじ２
７のナット３７はステージ１２に連結されている。モー
タ３５は保持部材３８により上側基台２５に固定されて
いる。

【００２３】図２は図１に示した直線移動装置に用いら
れる直動ねじの外観斜視図である。

【００２４】直動ねじ１４は、ねじ軸１５と、ねじ軸１
５に螺合したナット２６とを有している。直動ねじ１４
のねじ軸１５の一端、すなわち入力軸（図の左端側）１
５ａは軸受１６で支承されるように滑らかに形成され、
ねじ軸１５の他端（図の右端）１５ｂは軸受１７で下側
基台１３に支承されるように滑らかに形成されている。
ナット２６には上側基台２５に連結するためのフランジ
３９が形成されており、フランジ３９には複数（図では
４つ示されているが限定されない）の孔４０が形成され
ている。ねじ軸１５の入力軸１５ａには断熱部材２０が
取り付けられている。

【００２５】直動ねじ２７も直動ねじ１４と同様に、ね
じ軸２８、ナット３７及び入力軸２８ａを有しており、
ねじ軸２８の入力軸２８ａには断熱部材３３が取り付け
られている。

【００２６】図３（ａ）は図２に示した断熱部材の左側
面図であり、図３（ｂ）は断熱部材の正面図である。

【００２７】断熱部材２０は、直動ねじ１４のねじ軸１
５とカップリング２１とを連結するためのものである。
断熱部材２０は、円柱状の本体２０ａと、本体２０ａの
一方の側面（左側面）に形成されカップリング２１と連
結するための連結軸２０ｂと、本体２０ａの他方の側面
（右側面）に形成されねじ軸１５の入力軸１５ａと連結
するための連結孔２０ｃとを有している。２０ｄ，２０
ｅは断熱部材２０を直動ねじ１４の入力軸１５ａに取り
付けるためのねじ孔である。尚、ねじ孔２０ｄ，２０ｅ
は径方向に直交するように２つ形成されているが、これ
に限定されるものではなく等間隔で３つ以上形成されて
いてもよい。

【００２８】直動ねじ２７も直動ねじ１４と同様の構造
を有している。

【００２９】次に図１に示した直線移動装置の作用につ
いて説明する。

【００３０】モータ２２の駆動によりねじ軸１５が回転
し、ナット２６と共に上側基台２５がねじ軸１５に沿っ
て直線移動する。このときモータ２２で発生した熱がモ
ータ２２の出力軸２３からカップリング２１を介してね
じ軸１５へ伝わろうとする。

【００３１】しかし、カップリング２１とねじ軸１５と
の間に断熱部材２０が介在しているので、モータ２２と
ねじ軸１５との間が断熱される。このためねじ軸１５は
略常温に保たれ、両端（モータ２２側と他端側）での温
度勾配は発生しないので、ステージ１２のＸ軸方向の移
動速度制御への影響がなくなる。

【００３２】また同様に、モータ３５の駆動によりねじ
軸２８が回転し、ナット３７と共にステージ１２がねじ
軸２８に沿って直線移動する。このときモータ３５で熱
が発生するが、モータ３５とねじ軸２８との間が断熱部
材３３で断熱されるので、ステージ１２のＹ軸方向の移
動速度制御への影響がなくなる。

【００３３】図４（ａ）は図１に示した直線移動装置に
用いられる断熱部材の変形例を示す左側面図であり、図
４（ｂ）はその断熱部材の正面図である。

【００３４】この断熱部材は、円柱状の本体４０ａの一
方（図では左側）の側面にモータ２２の出力軸２３が挿
入される挿入孔４０ｂが形成され、本体４０ａの他方
（図では右側）の側面に挿入孔４０ｂと同軸にねじ軸１
５の入力軸１５ａが挿入される挿入孔４０が形成された
カップリングである。４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ
は各軸１５ａ，２３とカップリング４０とを結合するた
めのねじ孔である。

【００３５】このようなカップリング４０を用いて直動
ねじ１４（２７）とモータ２２（３５）とを連結して
も、モータ２２（３５）の熱によるステージ１２の移動
速度制御への影響がない直線移動装置を得ることができ
る。

【００３６】尚、本実施の形態では断熱部材２０（３
３）と直動ねじ１４（２７）との連結、断熱部材２０
（３３）とカップリング２１（３４）との連結をねじ止
めによって行う場合について説明したが、これに限定さ
れることなく、接着剤や嵌め合い等で連結してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３８】モータと直動ねじとの連結部に断熱部材を
介在させたことにより、モータと直動ねじとの間が断熱
されるので、ねじ軸が略常温に保たれ、ねじ軸の両端で
の温度勾配が発生せず、モータの熱によるステージの移
動速度制御への影響がない直線移動装置の提供を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の直線移動装置の一実施の形態
を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【図２】図１に示した直線移動装置に用いられる直動ね
じの外観斜視図である。

【図３】（ａ）は図２に示した断熱部材の左側面図であ
り、（ｂ）は（ａ）の正面図である。

【図４】（ａ）は本発明の直線移動装置に用いられる断
熱部材の変形例を示す左側面図であり、（ｂ）は（ａ）
の正面図である。

【図５】（ａ）は従来の直線移動装置の平面図であり、
（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【符号の説明】

１２ ステージ １３ 下側基台 １４，２７ 直動ねじ １５，２８ ねじ軸 ２０，３３ 断熱部材 ２２，３５ モータ ２３，３６ 出力軸 ２５ 上側基台 ２６，３７ ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 勝 東京都品川区上大崎１−１−17ＬＳビル 石川島システムテクノロジー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上のステージを往復移動すべく該基
   台に、直動ねじを回転自在に設けると共にその直動ねじ
   に螺合したナットを上記ステージに連結し、さらに上記
   直動ねじにモータを連結した直線移動装置において、上
   記モータと上記直動ねじとの連結部に断熱部材を介在さ
   せたことを特徴とする直線移動装置。