JP2003510582A - スキャナ用曲げアセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】曲げキャリッジアセンブリ（２４）は、各々が第１端部と第２端部とを有し、平行に配置された４本の細長い柱（３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ）を備えたキャリッジ（２５）を有する。このキャリッジは、細長い柱の隣接する対の間に置かれ、第１端部と相互に連結するように配置された４つの第１床梁と、底部端部を相互に連結するように配置された４つの第２床梁と、４本の細長い柱の間の中心に、柱の第１端部と第２端部の間に等距離に間隔をあけて配置され、１対の圧電アセンブリ（２６）に接続された並進セクション（２９）を有する。複数の曲がり部（５０）は、並進セクションの端縁にかけられる力に従って、並進セクション（２０）が平面内で正確に移動できるように、並進要素と細長い柱の間、及び細長い柱と第１床梁と第２床梁の間に置かれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、概して高解像度測定装置に関し、さらに特定すると、マイクロスキ
ャン装置の曲げアセンブリに関する。

【０００２】

【従来の技術】

曲げキャリッジ及び装置は、この分野で既知であり、走査プローブ顕微鏡等な
どの高解像度機器及び測定装置のために使用されている。これらの曲げ部装置は
、典型的にはその上にプローブまたはセンサ、あるいは分析される標本を支持し
ている。標本とプローブとのどちらかが、標本の表面または水面下の特性を求め
るために、他方に対して一平面内で非常に小さな増分で移動される。これらの装
置は、典型的には、Ｘ−Ｙ平面できわめて精密にかつ正確に移動するが、Ｘ−Ｙ
平面に垂直なＺ方向ではほとんど移動しないように設計されている。感知プロー
ブは、典型的には表面の欠陥、標本の成分の変動、表面輪郭、またはその他の表
面または水面下の特性を測定する。これらの種類の装置は、コンピュータマイク
ロチップ、コンピュータディスク表面のイメージング及び測定特性、ならびにそ
の他の物理的なまたは化学的な特性などのそれ以外の用途にも設計、活用されて
よい。このような装置の範囲は、典型的には約１オングストローム（Å）から数
百ミクロン（μ）である。

【０００３】 この種のきわめて高解像度の測定を実現するために、これらの装置はＸ−Ｙ平
面内で精密且つ微細なミクロ位置決め機能を必要としながらも、理想的には平面
に垂直なＺ方向での移動を可能としない。このような装置の感知プローブまたは
標本を保持する曲げ部装置またはキャリッジは、まさにこのような移動を提供す
るように設計、活用される。

【０００４】 既知の曲げキャリッジ構造は、曲げ部装置のミクロ位置部分にかけられる電気
的な電位を活用する圧電アクチュエータを使用している。従来の装置または既知
の装置は、典型的には、非常に小さい相対領域内でのＸ−Ｙ平面内で非常に平坦
な移動だけを提供することができる。移動の範囲が大きいほど、平面外の移動も
大きくなる（つまり、運動はますます曲線状に、つまり平坦ではなくなる）。こ
れは、装置内の圧電要素の構造及び配置のためである。圧電要素は、その長手方
向軸から部分的に曲がるため、誤差を引き起こす、軸外の力をかける。軸外の力
及び結果として生じる誤差は、圧電要素の増大に伴ない増加する。

【０００５】 米国特許番号第５，３６０，９７４号に開示され、ニューヨーク、アーモンク
（Ａｒｍｏｎｋ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）のＩＢＭ社（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｒｐｒａｔｉｏｎ）に譲渡された１つ
の装置は、各フレームが可撓脚部によって反対方向で支えられる、二重フレーム
機構を活用するＸ−Ｙ方向または平面でのかなり平坦な移動を提供する。装置の
一方のフレームの平面に垂直なＺ方向の運動は、非常に平坦な移動を維持するた
めの他方のフレームの移動によって相殺される。しかしながら、開示された装置
は、装置によって生じる回転または偏揺れを排除するために、移動の平面に平行
に向けられる長い外部圧電要素を活用する。このような装置は、一定の用途では
はるかに大きすぎる。

【０００６】 このような微細なミクロ位置決め及び感知技術を利用する用途は、ますます高
い解像度の測定を要求する。例えば、コンピュータ技術はサイズを削減し続け、
マイクロチップと回路内の電子素子の実装密度を上昇させ続ける。一方、それら
が生産中の体積、従ってそれらがその上に作られるウェハのサイズも増加してい
る。従って、平面に垂直なＺ軸での移動を妨げ、それらがさらに小型で、さらに
安価で、さらに正確でなければならない装置内で活用されてよいほど相対的にサ
イズが小さい、Ｘ−Ｙ平面内での相対的に大きな範囲の移動を可能とする曲げ部
装置を提供することがますます必要になってきている。さらに小さな尺度での測
定が説明されているが、ナノリソグラフィ及びミクロ機械加工などの検体または
類似する尺度に対する変更も、この正確なレベルで実行される必要があることが
理解されなければならない。このようにして、ここでの説明は、測定だけではな
く製作も含むことが意図される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

従って、本発明は、高解像度測定及び製作の装置及び計器で有効な改善された
曲げキャリッジ及びアセンブリを目的とする。発明の曲げキャリッジは、平面の
Ｘ−Ｙ方向または平面できわめて平坦且つ真の移動を提供し、Ｘ−Ｙ平面に垂直
なＺ方向での移動を妨げる。さらに、発明の曲げキャリッジは、このような平坦
な運動平面を作りながら、Ｘ方向とＹ方向の両方で相対的に大きな範囲の運動を
生じさせることができる。発明の曲げキャリッジは、Ｘ方向とＹ方向で運動の非
常に平坦な平面を作成するために、このような利点を生じさせるが、相対的に小
型で、非常に堅牢または硬直したパッケージで構築されてよい。

【０００８】 本発明のこれらの及びその他の目的、特徴及び優位点を達成するために、曲げ
アセンブリまたはキャリッジが開示される。１つの実施形態では、発明の曲げキ
ャリッジは、実質的に堅い材料から形成され、離れて、互いに平行に配置された
４本の細長い柱を有する。細長い柱は、第1端部及び第２端部を有する。キャリ
ッジも、各第1床梁が、細長い柱の２つの第1端部の間で延び、細長い柱の２つの
第１端部を相互に連結するように配置された４つの第1床梁を有する。キャリッ
ジも、各第２床梁が、細長い柱の２つの第２端部の間で延び、細長い柱の２つの
第２端部を相互に連結するように配置された４つの第２床梁を有する。

【０００９】 キャリッジは、細長い柱の第1端部と第２端部の間で一般的には等間隔で細長
い柱の間の空間の中に配置された並進セクションを有する。並進セクションは、
細長い柱に相互に連結されている。キャリッジは、１つの曲げ部が各細長い柱の
各第1端部を各第1床梁に相互に連結する複数の曲げ部を有する。１つの曲げ部は
、各細長い柱の各第２端部を各第２床梁に相互に連結する。少なくとも１つの曲
げ部が、各細長い柱を並進セクションに相互に連結する。曲げ部は、細長い柱の
向きに基本的に垂直である、平面内でかけられる力に従って、並進セクションが
移動できるようにする。曲げキャリッジの対称性は、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ方向
での移動を実質的に排除する。

【００１０】 １つの実施形態では、1対の曲げ部が、各細長い柱を並進セクションに相互に
連結する。各対の１つの曲げ部は、第1端部により近い各細長い柱の上の並進セ
クションに隣接して置かれる。各対のその他の曲げ部は、第２端部により近い各
細長い柱の並進セクションに隣接して置かれる。

【００１１】 １つの実施形態では、曲げキャリッジの各曲げ部が、横方向に形成され、細長
い柱の内の1本の中に互いに向かって伸張する、１対の向かい合う長穴を含む。
実質的に堅い材料の第1ウェブは、第1の対の長穴の間に残されたままである。第
２の対の向かい合う長穴は、同じ細長い柱の中の第1の対の長穴から間隔をあけ
て配置され、横方向に形成され、細長い柱の中に互いに向かって伸張する。実質
的に堅い材料の第２ウェブは、第２の対の長穴の間に残されている。第1ウェブ
及び第２ウェブは互いに垂直に配置され、同じ細長い柱に沿って離れて間隔をあ
けて配置されている。

【００１２】 １つの実施形態では、前述されたような曲げキャリッジには、並進セクション
を、細長い柱に概して垂直な第1直線経路だけに沿って移動させるために、並進
セクションに連結された第１圧電アセンブリが備えられる。第２圧電アセンブリ
は、並進セクションを、細長い柱に概して垂直で、第1直線経路に垂直である第
２直線経路だけに沿って移動するための並進セクションに連結されている。

【００１３】 ある実施形態において、高解像度測定装置は発明に従って構築され、装置の多
様な要素を運ぶサポート構造を有する。測定装置は、前述されたように提供され
た曲げキャリッジの並進セクションによって運ばれる測定計器も有する。圧電ア
センブリの各々は、並進セクション及び測定計器をそれとともに移動するために
、並進セクションにかけられる力を提供するために、測定装置の支持構造にある
部分で固着され、曲げキャリッジの並進セクションの任意の部分に固着されてい
る。

【００１４】 本発明のこれらの及びその他の目的、特徴及び優位点は、以下の詳細な説明及
び添付図面とともに考慮されるときに、さらによく理解、認識されるだろう。し
かしながら、それは複数の好ましい実施形態を説明するが、以下の説明が、制限
によってではなく、例証によって示される ことが理解されなければならない。多くの変更及び修正は、本発明の精神及び精
神から逸脱することなく開示された実施形態に加えられてよく、発明はすべての
このような修正を含むと意図される。

【００１５】

【発明の実施の形態】

本発明は、全体として、曲げ部装置の形状のミクロ位置決め移動トランスデュ
ーサ−を開示している。曲げ部装置は、曲げキャリッジアセンブリを安全確実に
運ぶ剛性フレーム、あるいは、サポート構造物を含んでいる。曲げキャリッジア
センブリは、動きのほぼフラットな平面を規定するＸ方向とＹ方向における高精
度の並進運動を可能とする複数の構造物を有するキャリッジを含んでいる。その
構造物は、Ｘ方向においてのみの並進セクションの並進運動に変えられるＸ方向
に少なくとも部分的にかけられる力を精密に伝える。その構造物は、さらに、Ｙ
方向のおいてのみの並進セクションの並進運動の方にＹ方向に少なくとも部分的
にかけられる力を伝える。その構造物は、本質的に、Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ方
向におけるキャリッジの並進セクションのあらゆるかなりの運動を防止する。曲
げキャリッジアセンブリは、曲げキャリッジの並進セクションを駆動する１対の
圧電アセンブリを含んでいる。１つの圧電要素は、Ｘ方向における並進要素を駆
動し、そして、もう１つの圧電要素アセンブリは、Ｙ方向における並進要素を駆
動する。圧電アセンブリは、それらが、Ｚ軸に直交するＸ−Ｙ平面における精密
運動を伝達するが、Ｚ軸にほぼ平行に方向付けられる。

【００１６】 さて、図面を参照すると、図１は、一般に、フレーム、即ち、サポート構造物
２２と、堅固にそのフレームに固定され、かつ、フレームによって支持された曲
げキャリッジアセンブリ２４とを有する曲げ部装置を示している。このキャリッ
ジアセンブリ２４は、キャリッジ２５を含み、さらに、１対の圧電アセンブリ２
６を含み、各圧電アセンブリは、フレーム２２に固定され、互いに対向した遠位
端部結合器２８を有している。また、圧電アセンブリ２６は、曲げキャリッジ２
５の並進セクション２９に固定されている中央結合器３０を有している。一般に
、フレーム、即ち、サポート構造物２２は、さらに、適切な器具、あるいは、装
置に取り付けられる図１に示されるような独立したフレーム要素でよい。別の方
法として、フレーム２２は、器具、あるいは、装置（図示せず）の絶対必要な部
分であり得る。圧電要素２６は、電気エネルギー源（また、図示せず）から励起
され、そして、このような要素の周知の原理によれば、圧電アセンブリ２６は、
かけられたエネルギーにより作動する。要素は、曲げキャリッジ２５の並進セク
ション２９に結合された中央結合器３０を有しているので、以下に詳細に記述さ
れるような並進セクションは、圧電アセンブリ２６の運動により動く。ここに記
述されて、示されるように、圧電アセンブリ２６および曲げキャリッジ２５の並
進セクション２９の運動は、高精度であり、そして、比較的大きな範囲の運動を
有している。、上記に論じられているように、このような装置ための典型的で、
かつ、好ましい範囲の運動は、実際には小さく、たとえば、約１Åから数百μで
ある。

【００１７】 図２は、曲げキャリッジアセンブリ２４を斜視図で示している。図３は、キャ
リッジ２５を斜視図で示している。図４および図５は、図解のため任意に選択さ
れたキャリッジ２５の平面図における２つのサイドを示している。キャリッジは
、フロントサイド、バックサイドおよび示されたサイドを有する必要はない。し
かし、図解のため、図４は、キャリッジ２５のバック表面として任意に示される
図を示し、そして、図５は、キャリッジが図４および図５の図に対して垂直軸周
りに９０゜回転されるときのキャリッジのいずれかのサイドであるキャリッジの
サイド表面を示している。

【００１８】 図２から図５に再度戻ると、キャリッジアセンブリ２４の曲げキャリッジ２５
は、矩形の三次元構造の形状である。キャリッジ２５は、ステンレス鋼などのほ
ぼ堅い材料で作られることが好ましく、その材料は、あまり脆くなく、柔軟でな
く、あるいは、可撓性がないので、それは、本発明の意図された機能を行うこと
ができる。キャリッジ２５は、ほぼ左右相称的構造で構成され、そして、ここで
は、上部と底端部、フロント表面、リヤ表面およびサイド表面を含んで記述され
ている。しかし、これらの指示は、任意に選択され、そして、説明の簡素化のた
めのみに利用されている。キャリッジおよび曲げ部装置２０が、本発明の範囲か
ら逸脱することなく、あらゆる方法で方向付けられ、そして、あらゆる方向に操
作されることが可能であることは当業者には明らかであろう。

【００１９】 それを留意して、図２は、曲げキャリッジアセンブリ２４を示し、そして、図
３は、キャリッジ２５を示している。キャリッジ２５は、互いに平行に配置され
、そして、互いに同じ間隔で置かれている４つの細長い垂直柱を含んでいる。細
長い柱の各々は、ここでは、上部端部として示される第１の端部と、ここでは、
底端部として示される第２の端部とを含んでいる。４つの細長い柱は、ここでは
、簡素化のため３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび３２Ｄとして見なされている。各
々の上部端部は、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃおよび３４Ｄとして見なされている。
各々の底端部３６は、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃおよび３６Ｄによって表わされて
いる。細長い柱の各々は、ほぼ同じ長さであり、そして、上部端部のそれぞれが
、互いに同一平面で終端し、そして、底端部の各々は、互いに対して同一平面で
終端するように方向付けられている。

【００２０】 キャリッジ２５の上部端部の各々は、第１の床梁部材３８Ａ−Ｄによって対応
する細長い柱の隣接する上部端部に相互に連結されている。たとえば、床梁部材
３８Ａは、隣接する細長い柱３２Ａ、３２Ｂの上部端部３４Ａ、３４Ｂ間に延び
ている。同様に、床梁部材３８Ｂは、上部端部３４Ｂ、３４Ｃ間に延び、床梁部
材３８Ｃは、上部端部３４Ｃ、３４Ｄ間に延び、そして、床梁部材３８Ｄは、上
部端部３４Ｄ、３４Ａ間に延びている。第１の床梁部材３８Ａ−Ｄは、キャリッ
ジ２５の任意の上部３９を規定するように組み合わされている。

【００２１】 同様に、４つの第２の床梁部材４０Ａ−Ｄは、同一の方法で、細長い柱３２Ａ
−Ｄの底端部３６Ａ−Ｄ間に延びている。４つの第２の床梁部材４０Ａ−Ｄは、
キャリッジ２５の任意の底４１を規定するように組み合わされている。床梁部材
３８Ａ−Ｄ、４０Ａ−Ｄの各々は、キャリッジ２５の上部３９、あるいは、底４
１のいずれかから見るとき、互いに直角に配置されている。従って、細長い柱３
２Ａ−Ｄとの床梁部材３８Ａ−Ｄ、４０Ａ−Ｄの結合により、直角の三次元平行
四辺形を規定している。本実施形態において、床梁部材のすべては、等しい長さ
なので、上部３９および底４１は、正方形である。左右相称形状は、キャリッジ
のために好ましいが、断面全体は、本発明の範囲内に含まれるために正方形の形
状である必要はない。

【００２２】 細長い柱３２Ａ−Ｄおよび床梁部材３８Ａ−Ｄ、４０Ａ−Ｄは、それぞれ絶対
必要なものとして互いを用いて形成され、そのため、それ以上のものがなくても
、剛性なフレーム構造を形成する。しかし、曲げ部装置２０のキャリッジ２５は
、以下に詳細に記述されるように特定の可撓性のある運動を可能とする必要があ
る。キャリッジ２５の可撓性のある性質は、キャリッジ２５の構造物に複数の曲
がり部を加えることによって供給される。曲がり部５０の構造は、以下に詳細に
記述されている。後に、キャリッジ２５の曲がり部５０の配置は、キャリッジの
機能と可撓性のある性質といっしょに記述されている。

【００２３】 キャリッジ２５の説明を簡素化するために、座標システムが、ここでの討議に
関連して、任意に選択され、そして、利用されている。図３を参照すると、Ｘ軸
、即ち、Ｘ座標は、４つの細長い柱３２Ａ−Ｄに直交し、かつ、任意のサイド表
面５２と表面５４とに直行する１つの軸に沿って規定されている。図３に示され
るＹ軸は、Ｘ軸に直交し、さらに、キャリッジ２５の対向するフロント５６とバ
ック５８とに直交している。フロント５６およびバック５８は、それぞれ、サイ
ド５２、５４に直交している。４つの細長い柱３２Ａ−Ｄに平行に、かつ、４つ
の細長い柱３２Ａ−Ｄ間に、そして、Ｘ−Ｙ平面に直交して配置されたＺ軸が、
さらに、図３に示されている。任意のバック５８は、図５に示され、そして、任
意のサイド５２は、図４に示されている。

【００２４】 図６は、上部端部３４Ｃにおける細長い柱３２Ｃと、床梁部材３８Ｂとの間の
接合点における１つの曲がり部５０の構造を示している。図７は、図６に示され
る曲がり部に対して９０゜の視点から見た同一の曲がり部５０を示している。

【００２５】 各曲がり部５０は、ＸおよびＹ平面に最も近い内側の第１の材料ウェブ６０と
、キャリッジの上部３９、あるいは、底４１のいずれかに最も近く、そして、第
１の材料ウェブ６０に対してほぼ直交する外側の第２の材料ウェブ６２とを含ん
でいる。各材料ウェブは、適切な細長い柱３２の対向する表面に直交して、ある
いは、横方向に１対の向かい合う長穴６４を形成することによって設けられてい
る。従って、各材料ウェブ６０、６２は、長穴６４間の材料の薄いウェブ、ある
いは、膜であり、そして、長穴６４の１つに向う視点から見るとき、適切な細長
い柱３２の幅全体に延びている。その結果、図６における曲がり部５０の図は、
薄い壁のある構造が見えるように端面図で内側の材料ウェブ６０を示している。
外側の材料ウェブ６２は、長く示されている。同一の曲がり部５０は、図７に示
され、そこでは、内側の材料ウェブ６０が長く、そして、外側の材料ウェブ６２
は端面図においてである。

【００２６】 各曲がり部５０は、Ｚ方向を別にすれば、Ｘ方向とＹ方向とにおける線運動を
可能とする。ウェブ６０は、力がＸ方向にかけられるとき、床梁部材３８Ｂに対
して細長い柱３２Ｃのわずかな横方向運動を可能とする。ウェブ６２は、Ｘ方向
に長く方向付けられ、そして、床梁部材３８Ｂと細長い柱３２Ｃとの両方に堅固
に接続されているので、Ｘ方向における運動を防止する。しかし、図７に示され
るように、９０゜の角度での視点から見るとき、ウェブ６２は、かけられたＹ方
向の力を受けて、Ｙ方向における運動を可能とする。

【００２７】 各曲がり部５０は、その結果、それぞれ、Ｘ、あるいは、Ｙ方向においてかけ
られた力を受けて、Ｘ方向およびＹ方向における運動を可能とする。各曲がり部
５０は、さらに、各曲がり部５０に接続された各構造要素間の堅固な接続に基づ
いてＺ方向におけるあらゆる運動を防止する。各曲がり部５０の構造は、さらに
、１つのウェブが１つの線方向においてのみの運動を可能とするために方向付け
られ、もう１つのウェブがもう１つのウェブのための運動の線方向に直交する１
つの線方向のみにおける運動を可能とするために方向付けられるという点で、か
けられた力の方向においてのみの直線運動を高める。各ウェブは、さらに、運動
の意図された方向における以外のさらにブでのあらゆる運動を防止するように構
成されている。その結果、各曲がり部５０は、かけられた力による精密なＸ、あ
るいは、Ｙの曲げ部を行い、そして、あらゆる他の運動を防止し、特に、Ｚ方向
における運動を防止する。

【００２８】 図２に最もよく示されるように、曲がり部５０は、各々の細長い柱３２Ａ−Ｄ
と床梁部材３８Ａ−Ｄ、４０Ａ−Ｄとの間の各上部端部３４Ａ−Ｄと各底端部３
６Ａ−Ｄとに配置されている。細長い柱３２の上部端部３４に配置された各曲が
り部５０は、すべての内側のウェブ６０が互いに同一方向に方向付けられ、そし
て、すべての外側のウェブ６２が互いにその方向に方向付けられるように方向付
けられている。細長い柱３２の底端部３６に配置された曲がり部５０の各々は、
さらに、互いに全く同じに方向付けられる。細長い柱３２Ａ−Ｄの各々の対向す
る端部に配置された各曲がり部５０は、キャリッジ２５の構造において左右対称
であるように、互いに鏡像のように方向付けられることが好ましい。たとえば、
細長い柱３２Ａの端部３４Ａ、３６Ａの曲がり部５０各々は、互いに平行に方向
付けられる外側の材料ウェブ６２を有し、そして、互いに平行に方向付けられる
内側の材料ウェブ６０を有している。

【００２９】 細長い柱３２Ａ−Ｄの各々は、さらに、中間ライン、あるいはＸ−Ｙ平面の各
サイドに配置された１つの曲がり部５０を有している図２に示されるＸ軸および
Ｙ軸によって規定され、中央近くに配置された少なくとも１つ曲がり部５０、好
ましくは、１対の曲がり部５０を有している。もう一度、これら内側の曲がり部
５０の各々は、それらが互いに鏡像のように配置されている。その結果、内側の
材料ウェブ６０は、互いに平行に方向付けられ、そして、外側の材料ウェブ６２
は、さらに、互いに平行に方向付けられている。さらに、中間ライン近くに配置
された曲がり部５０の各々は、均一の曲げ部を行うために、細長い柱３２Ａ−Ｄ
のそれぞれに全く同じに方向付けられている。

【００３０】 並進セクション２９は、キャリッジの中間ライン曲がり部５０のそれぞれに接
続されている。並進セクション２９は、キャリッジ２５のＸ−Ｙ平面に一致して
配置されているので、キャリッジは、並進セクション２９に対してキャリッジ２
５の上部部分、あるいは、底部分のいずれかにほぼ左右相称である。Ｘ方向にお
ける並進する部材のバック表面６８にかけられる力Ｆは、図８における見せかけ
ラインに見られるように、Ｘ方向における運動を可能とするために、曲がり部５
０のすべてを適切な材料ウェブで曲げ部させる。キャリッジ２５は、左右相称的
に構成されているので、Ｘ−Ｙ平面の１つのサイドにおけるあらゆる特定の曲が
り部５０のＺ方向におけるあらゆる小さな運動は、Ｘ−Ｙ平面のもう１つのサイ
ドにおける対応する曲がり部の鏡像運動によって拒絶される。この鏡像運動は、
さらに、マイクロアクチュエータの作動の間キャリッジへの経験的ひずみをオフ
セットする。従って、並進セクション２９は、キャリッジの中央軸におけるＸ−
Ｙ平面に沿ってきわめてフラットな運動で動く。

【００３１】 Ｙ方向における並進セクション２９のサイド表面７０にかけられる力は、各曲
がり部５０を、Ｙ方向における運動を可能とするために方向付けられる適切な材
料ウェブ周りにわずかに曲げ部させる。もう一度、構造部の左右対称のため、並
進セクション２９のＹ方向における運動は、Ｘ−Ｙ平面に沿ってきわめてフラッ
トな平面の運動となる。曲がり部５０およびキャリッジ２５の構造のため、Ｙ軸
に沿ってかけられるあらゆる荷重は、Ｙ方向においてのみの運動として伝えられ
、そして、Ｘ、あるいは、Ｚ方向における運動を生じない。Ｘ方向とＹ方向との
両方にかけられる荷重は、あらゆる方向それぞれにおける力のベクトルによる間
隔がなけれが、Ｘ方向とＹ方向の両方に並進セクション２９を動かす。Ｘ方向の
力は、Ｙ方向における実質的な運動を生じさせず、そして、Ｙ方向の力は、Ｘ方
向におけるかなりの運動を生じさせない。この結果、きわめて精密な結果が、本
発明のキャリッジアセンブリ２４を利用することによって果たされる。

【００３２】 図４および図５に示されているように、前記キャリッジ２５は、各隣接する対
の細長い柱３２Ａ−Ｄにまたがり、そして、上部床梁部材３８Ａ−Ｄと底床梁部
材４０Ａ−Ｄとにほぼ平行に作動する複数の強め梁８０を含んでいる。各強め梁
８０は、材料ウェブ８６によって対向する端部８２、８４で細長い柱３２Ａ−Ｄ
に接続されている。各材料ウェブ８６は、１対の対向するノッチ、あるいは長穴
８８が、強め梁８０を細長い柱３２Ａ−Ｄに相互に連結する材料の薄いウェブを
形成するために、端部８２、８４のそれぞれに隣接するキャリッジ材料に切断さ
れるという点で、上記に記述される材料ウェブ６０、あるいは、６２のいずれか
１つに同様に形成されている。各強め梁８０は、本質的に、互いに横方向に隣接
する細長い柱３２Ａ−Ｄをロックするので、それらがＸ方向、あるいは、Ｙ方向
のいずれかに動く場合、それらは、縦に一列に並んで動き、そして、互いに近接
して、あるいは、互いからいっそう離れて動かない。しかし、各強め梁のそれぞ
れにおけるウェブ８６は、強め梁が細長い柱３２Ａ−Ｄのそれぞれ１つに対して
わずかに旋回することを可能にするので、キャリッジ２５は、並進セクション２
９がＸ−Ｙ平面において動くことを可能にすることによってその意図された曲げ
部機能を行うことが可能である。

【００３３】 図４および図５に示されるように、フロント５６、バック５８およびサイド５
２、５４は、キャリッジ構造物に横方向のサポートを供給するために、曲がり部
５０のそれぞれに隣接する強め梁８０を含むことができる。図１および図３に示
されるように、フロント５６などの１つのサイドには、キャリッジ２５の内側へ
のアクセスを可能とするために、強め梁がないことがある。アクセスは、曲げ部
装置の並進セクション２９に取り付けられる、あるいは、曲げ部装置の並進セク
ション２９によって運ばれるセンサ感知プローブ（図示せず）、あるいは、その
他の装置を作動したり、設置したり、あるいは、置き換えたりするのに必要であ
る。強め梁８０の数および強め梁の位置決め、あるいは、ロケーションは、本発
明の範囲から逸脱することなく、かなり変えることが可能である。強め梁の追加
および強度は、曲げ部装置２０が意図される特定の用途によって決定される。い
くつかの用途は、より硬いキャリッジ２５を必要とし、他の用途は、いっそう可
撓性のある構造を必要とすることがある。

【００３４】 図１および図２に示されるように、バック５８および１つのサイド５２は、圧
電アセンブリ２６に結合されている。

【００３５】 本実施形態において、各圧電アセンブリ２６は、図２および図９に示されるよ
うに、中央ブロック結合器３０から外方に左右相称的に延びた１対の圧電要素９
０を有している。結合器３０は、それと共の運動のため並進セクション２９のバ
ック表面６８に堅固に固定されている。結合器３０は、キャリッジ２５のために
上記に記述されるものと構造がほぼ同一である１対の左右相称の対向する曲がり
部５０を含んでいる。曲がり部５０の各々は、圧電要素９０の１つに取り付けら
れている。各圧電要素９０は、対向する遠位端部で、フレーム、あるいは、サポ
ート構造物２２に堅固に取り付けられ、かつ、それらによって保持された対応す
る端部結合器２８に取り付けられている。端部結合器２８の各々は、さらに、圧
電要素９０を端部結合器２８に結合するための曲がり部５０を含んでいる。

【００３６】 各圧電要素９０は、電源装置（図示せず）に電気的に接続され、その電源装置
は、各圧電要素を励起し、そして、各要素、それゆえ、並進セクション２９を動
かすのに利用される。各結合器２８、３０における曲がりは、圧電アセンブリ２
６が励起される方法により、Ｘ方向、あるいは、Ｙ方向のいずれか、あるいは、
両方向において、上記に記述されるように、圧電要素９０が中央結合器３０、そ
れゆえ、並進セクション２９を駆動することを可能とする。

【００３７】 圧電要素９０は、各圧電アセンブリ２６に対して性質が同一であるように意図
されているので、特定のアセンブリの各圧電要素９０が同等の運動を果たさせる
。これにより、バランス力以外の力が並進セクション２９に加わらないことを確
実にしている。さらに、各圧電アセンブリ２６によって生じさせられる運動は、
圧電アセンブリ２６の左右対称構造のために、そして、各端部結合器２８がフレ
ーム２２に堅固に固定されているので、本質的に、Ｘ方向、あるいは、Ｙ方向に
おいてのみである。そうでない場合、圧電アセンブリの１つの端部でＺ方向に生
じさせられるあらゆる運動は、アセンブリ２６のもう１つの端部で対向する、そ
して、等しい作用によって取り消される。

【００３８】 図２に示されるように、各圧電アセンブリ２６の中央結合器３０は、構造が異
なっている。しかし、唯一の相違は、並進セクション２９に固定された結合器３
０の剛性の中央部分のサイズである。中央結合器の中央部分のサイズは、単に、
結合器が取り付けられる並進セクション２９の特定の表面６８、あるいは、７０
のサイズと形状が一致するか、あるいは、相当するように構成されている。端部
結合器２８と中央結合器３０との形状および構造は、本発明の範囲と精神とから
逸脱することなく、かなり変えることができる。さらに、圧電要素の特定のサイ
ズ、タイプおよび構成は、さらに、かなり変えることができる。本発明は、あら
ゆる特定の圧電要素構造に制限されることを意図するものではない。

【００３９】 本発明を要約すると、曲げキャリッジ２５の構造は、Ｙ方向、あるいは、Ｚ方
向におけるあらゆる運動を生じさせることがなく、並進セクション２９のＸ方向
運動の方に、Ｘ方向においてかけられた力を伝える。同様に、Ｙ方向におけるか
けられた力は、Ｘ方向、あるいは、Ｚ方向におけるあらゆる運動を生じさせるこ
とがなく、Ｙ方向においてのみ並進セクション２９の運動を生じさせる。圧電ア
センブリ２６の両方によるかけられた力は、Ｘ方向およびＹ方向の両方における
対応する運動を生じさせ、Ｘ方向における運動は、かけられたＸ方向の力のみに
相当し、Ｙ方向における運動は、かけられたＹ方向の力のみに相当する。本発明
の曲げ部装置の構造は、高精度のＸ−Ｙの座標の運動を生じさせ、そして、実質
的に比較的大きなエリア全体にわたって、きわめてフラットなＸ−Ｙ平面におけ
るこのような運動を生じさせ、同時に、Ｚ方向における並進セクションのかなり
の運動を削除する。

【００４０】 記述されるように本発明に対する多数の修正および変更は、本発明の精神と範
囲とから逸脱することなく行われることができる。たとえば、細長い柱３２Ａ−
Ｄ、床梁部材３８Ａ−Ｄ，４０Ａ−Ｄ、曲がり部５０、材料ウェブ６０，６２，
８４、長穴６４，８６、および並進セクション２９の各々のサイズ、形状および
構造は、本発明から逸脱することなく、かなり変えることができる。サイズ、形
状および構造、さらに、曲げキャリッジ２５を形成するのに利用される材料は、
装置２０が意図される特定の用途により選択されて、決定されることができる。
圧電要素２６を含むキャリッジアセンブリ全体のコンパクトな大きさにより、以
前に可能であったものよりも小さな適用環境において本発明を利用することを可
能とする。これにより、圧電アセンブリ２６が、圧電アセンブリによって生じさ
せられる並進セクションの運動のＸ−Ｙ平面に対してＺ方向に方向付けられる本
発明の新規な構造が達成される。

【００４１】 特に記述された実施形態への他の変更および修正は、本発明の精神と範囲とか
ら逸脱することなく、行われることができる。それを留意すると、本発明は、添
付の請求の範囲の範囲によってのみ限定されるものと意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１つの実施形態により構成された曲げアセンブリの立面斜視図を示し
ている。

【図２】 図１に示される曲げアセンブリの曲げキャリッジアセンブリの立面斜視図を示
している。

【図３】 図２に示されるアセンブリの曲げキャリッジの立面斜視図を示している。

【図４】 サイドとして任意に示されている曲げキャリッジの１つのサイドの平面図を示
している。

【図５】 垂直軸Ｚ上で９０゜回転され、そして、バックとして任意に示されている図４
に示される曲げキャリッジの別のサイドの平面図を示している。

【図６】 図４の円Ｖで示されている曲げキャリッジの曲がり部の拡大図を示している。

【図７】 図５の円ＶＩで示されている曲げキャリッジの曲がり部の拡大図を示している
。

【図８】 実線での静止位置と、見せかけラインでの偏向した位置とにおける曲げキャリ
ッジを示している、曲げキャリッジの一部分の断面立面図である。

【図９】 曲げキャリッジの別の部分の側断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 クリーブランド、ジェイソン・ピー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93001 ベンチュラ、ピアーポント・ブー ルバード 2524 (72)発明者 グリッグ、デビッド アメリカ合衆国、コネチカット州 06033 グラストンバリー、スプルース・レーン 69

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に堅い材料から形成された曲げキャリッジであって、 互いに離れて間隔をあけて、互いに少なくとも実質的に平行に配設され、各々
   が第１端部と第２端部を有する４本の細長い柱と、 各々が、前記細長い柱の２つの第1端部の間で延び、第1端部を相互に連結する
   ように配置された４つの第1床梁部材と、 各々が、前記細長い柱の２つの第２端部の間で延び、第２端部を相互に連結す
   るように配置された４つの第２床梁部材と、 前記第1端部と第２端部の間でほぼ等距離で、細長い柱の間の間隔内に置かれ
   、これらに相互に連結された並進セクションと、 複数の曲げ部とを具備し、 少なくとも１つの曲げ部は、各細長い柱の各第1端部を各第1床梁部材に相互に
   連結し、少なくとも１つの曲げ部は、各細長い柱の各第２端部を各第２床梁部材
   に相互に連結し、また、少なくとも１つの曲げ部は、各細長い柱を並進セクショ
   ンに連結する、するキャリッジ。
2. 【請求項２】 １方の曲げ部が各細長い柱の並進セクションに隣接して、第
   1端部のさらに近くに置かれ、他方の曲げ部が、各細長い柱の並進セクションに
   隣接して、第２端部のさらに近くに置かれる、各々の細長い柱を並進セクション
   に相互に連結する1対の曲げ部をさらに具備する請求項１に記載の曲げキャリッ
   ジ。
3. 【請求項３】 各曲げ部が、 横方向に形成され、細長い柱の１つに向かって互いに伸張する、向かい合う第
   １対の長穴と、 第1の対の長穴の間に残された実質的に堅い材料の第1ウェブと、 横方向に形成され、互いに向かって伸張する、同じ細長い部材内で第1の対の
   長穴から間隔をあけて配置され、第２の対の向かい合う長穴と、 第1ウェブ及び第２ウェブが互いに垂直に配置され、同じ細長い柱に沿って離
   れて間隔をあけて配置され、第２の対の長穴の間に残された実質的に堅い材料の
   第２ウェブと、を備える、請求項２に記載の曲げキャリッジ。
4. 【請求項４】 各曲げ部が、 横方向に形成され、細長い長穴の１つに向かって互いに伸張する、第１の対の
   向かい合う長穴と、 第1の対の長穴の間に残され、実質的に堅い材料の第1ウェブと、 横方向に形成され、互いに向かって伸張する同じ細長い部材の中の第1の対の
   長穴から間隔をあけて配置され、第２の対の向かい合う長穴と、 第1ウェブ及び第２ウェブが、互いに垂直に配置され、同じ細長い柱に沿って
   間隔をあけて配置され、第２の対の長穴の間に残された実質的に堅い材料の第２
   ウェブと、 を備える、請求項１に記載の曲げキャリッジ。
5. 【請求項５】 細長い部材に概して垂直な第1直線経路だけに沿って並進セ
   クションを移動するために並進セクションに連結された第1圧電アセンブリと、 細長い柱に及び第1直線経路に概して垂直な第２直線経路だけに沿って並進セ
   クションを移動するための並進セクションに連結された第２圧電アセンブリと、
   をさらに備える、請求項１に記載の曲げキャリッジ。
6. 【請求項６】 圧電アセンブリのそれぞれが、 実質的に堅い材料から作られ、並進セクションの一部に連結された堅いセクシ
   ョンを有する中央結合器と、 堅いセクションに連結された少なくとも１つの曲げ部と、 第1圧電要素が該少なくとも１つの曲げ部から細長い柱の第1端部に向かって延
   び、第２圧電要素が少なくとも１つの曲げ部から細長い柱の第２端部に向かって
   伸張する、第1と第２の圧電要素と、 をさらに備える、請求項５に記載の曲げキャリッジ。
7. 【請求項７】 堅いセクションに連結された曲げ部の1対であって、一方の
   曲げ部が第1圧電要素を相互に連結し、他方の曲げ部が第２圧電要素及び堅いセ
   クションを相互に連結する曲げ部の1組とをさらに具備する、請求項６に記載の
   曲げキャリッジ。
8. 【請求項８】 少なくとも１つの曲げ部が、 横方向に中央結合器の一部の中に形成され、互いに向かって伸張する、第1の
   対の向かい合う長穴と、 第1の対の長穴の間に残され、実質的に堅い材料の第１ウェブと、 横方向に形成された同じ中央結合器内の第1の対から間隔をあけて配置され、
   第２の対の向かい合う長穴と、 第１ウェブと第２ウェブが、互いに垂直に配置され、同じ中央結合器に沿って
   間隔をあけて配置され、第２の対の長穴の間に残る実質的に堅い材料の第２ウェ
   ブと、 を備える、請求項７に記載の曲げキャリッジ。
9. 【請求項９】 曲げ部の対のそれぞれが、 横方向に、及び互いに向かって伸張する中央結合器の一部の中に形成され、第
   1の対の向かい合う長穴と、 第1の対の長穴の間に残された実質的に堅い材料の第１ウェブと、 横方向に形成され、互いに向かって伸張する同じ中央結合器内の第1の対から
   間隔をあけて配置され、第２の対の向かい合う長穴と、 第１ウェブと第２ウェブが互いに向かって垂直に配置され、同じ中央結合器に
   沿って離れて配置され、第２の対の長穴の間に残された実質的に堅い材料の第２
   ウェブと、 をさらに備える、請求項７に記載の曲げキャリッジ。
10. 【請求項１０】 ４本の細長い柱、４つの第１床梁部材、４つの第２床梁部
    材、並進セクション、及び複数の曲げ部が、それぞれ、同じ実質的に堅い材料か
    ら単一の一体化した構造として互いと一体に形成された、請求項１に記載の曲げ
    キャリッジ。
11. 【請求項１１】 曲げ部のそれぞれが、４本の細長い柱に置かれる、請求項
    １に記載の曲げキャリッジ。
12. 【請求項１２】 並進セクションが、細長い柱の各々の上で少なくとも１つ
    の曲げ部に連結された、請求項１に記載の曲げ部セクション。
13. 【請求項１３】 ２つの隣接する第１床梁部材の端部に一体に連結された、
    各細長い柱の各第１端部に置かれる曲げ部と、 をさらに備える、請求項１に記載の曲げキャリッジ。
14. 【請求項１４】 ２つの隣接する第２床梁に連結された各細長い柱の各第２
    端部上の曲げ部と、 をさらに備える、請求項１に記載の曲げキャリッジ。
15. 【請求項１５】 少なくとも１対の隣接する細長い柱の間に置かれ、そこに
    相互に連結された強め梁であって、各第１端部の近くに１つの強め梁と、各第２
    端部の近くに少なくとも１つの強め梁と、 をさらに備える、請求項１に記載の曲げキャリッジ。
16. 【請求項１６】 各第１端部と並進セクションの間の少なくとも１対の隣接
    する細長い柱の間に置かれ、並進セクションのより近くに配置された強め梁、及
    び各第２端部と並進セクションの間に置かれ、並進セクションのより近くに配置
    された強め梁と、 をさらに備える、請求項１に記載の曲げキャリッジ。
17. 【請求項１７】 実質的に堅い材料がステンレス鋼である、請求項１に記載
    の曲げキャリッジ。
18. 【請求項１８】 平面内でのミクロ位置決め移動を生じさせ、該平面に垂直
    の方向での移動を妨げるための曲げアセンブリであって、 間隔をあけて互いに平行に配置された４本の細長い柱、並びに、細長い柱の各
    第１端部の間で延び、細長い柱の各第１端部に相互に連結する４つの第１床梁と
    、 細長い柱の第２端部の間で延び、細長い柱の第２端部を相互に連結する４つの
    第２床梁と、 各細長い柱の第１端部と第２端部の間に等間隔で置かれ、そこに相互に連結さ
    れた並進セクションと、 １つの曲げ部が各第１床梁に各細長い柱の各第１端部を相互に連結し、１つの
    曲げ部が各細長い柱の各第２端部を各第２床梁に相互に連結し、少なくとも１つ
    の曲げ部が各細長い柱を並進セクションに相互に連結する、複数の曲げ部と、 並進セクションに連結され、概して細長い部材に垂直な第１直線経路だけに沿
    って、並進セクションを移動するように構成された第１圧電アセンブリと、 並進セクションに連結され、概して細長い部材及び第１直線経路に垂直に第２
    直線経路だけに沿って並進セクションを移動するように構成された第２圧電アセ
    ンブリとを具備する、曲げアセンブリ。
19. 【請求項１９】 圧電アセンブリのそれぞれが、 実質的に堅い材料から形成され、並進セクションの一部に連結された堅いセク
    ションを有する中央結合器と、 堅いセクションに連結された少なくとも１つの曲げ部と、 第１圧電要素が細長い柱の第１端部に向かって少なくとも１つの曲げ部から延
    び、第２圧電要素が細長い柱の第２端部に向かって少なくとも１つの曲げ部から
    伸張する、第１と第２の圧電要素と、 をさらに備える、請求項１８に記載の曲げアセンブリ。
20. 【請求項２０】 一方の曲げ部が第１圧電要素と堅いセクションを相互に連
    結し、他方の曲げ部が第２圧電要素及び堅いセクションを相互に連結する堅い部
    分に連結された１対の曲げ部をさらに備える、請求項１９に記載の曲げキャリッ
    ジ。
21. 【請求項２１】 測定計器と、 支持構造物と、 及びそことの移動のために測定計器をサポートする可動キャリッジを有する曲
    げアセンブリであって、曲げアセンブリが、 間隔をあけて、互いに平行に配置された４本の細長い柱、４つの第１床梁部材
    が、細長い柱の各第１端部の間で延び、細長い柱の各第１端部に相互に連結して
    配置された４つの第１床梁と、 細長い柱の第２端部の間で延びるように配置され、細長い柱の第２端部を相互
    に連結する４つの第２床梁と、 細長い柱の第１端部と第２端部の間で等距離に置かれ、これらに相互に連結さ
    れた並進セクションと、 １つの曲げ部が各細長い柱の各第１端部を各第１床梁に連結し、１つの曲げ部
    が各細長い柱の各第２端部を各第２床梁に連結し、少なくとも１つの曲げ部が各
    細長い列を並進セクションに相互に連結する、複数の曲げ部と、 並進セクションに連結され、細長い部材に概して垂直な第１直線経路だけに沿
    って、並進セクションを移動するように構成された、第１圧電アセンブリと、 並進セクションに連結され、概して、細長い部材及び第１直線経路に垂直の第
    ２直線経路だけに沿って並進セクションを移動するように構成された、第２圧電
    アセンブリとをさらに具備する、高解像度測定装置。