JP2005010058A - 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【目的】本発明が解決しようとする課題は、慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾ素子にｚ方向の変位も加えることにより、より正確なｘｙ方向への移動、ステージのｚ方向への微調整、あおり方向の動きを実現することである。
【構成】台座と、ピエゾスキャナを有し台座に取り付けられた第１の駆動体と、上盤と、ピエゾスキャナを有し上盤に取り付けられた第２の駆動体と、第１の駆動体と第２の駆動体とで挟持された第１の移動体と、台座の駆動体側と上盤の駆動体側が向き合った状態において上盤を台座の方へ力を加える第１の力を加える手段と、を備えた移動ステージ装置において、第１の移動体が第２の駆動体によって第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、第１の駆動体及び第２の駆動体のピエゾスキャナへの電圧印加によって第１の移動体がｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする。
【選択図】 図８
【構成】台座と、ピエゾスキャナを有し台座に取り付けられた第１の駆動体と、上盤と、ピエゾスキャナを有し上盤に取り付けられた第２の駆動体と、第１の駆動体と第２の駆動体とで挟持された第１の移動体と、台座の駆動体側と上盤の駆動体側が向き合った状態において上盤を台座の方へ力を加える第１の力を加える手段と、を備えた移動ステージ装置において、第１の移動体が第２の駆動体によって第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、第１の駆動体及び第２の駆動体のピエゾスキャナへの電圧印加によって第１の移動体がｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微動が必要な装置に用いて好適な移動ステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形トンネル顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、探針を試料上で走査させて原子レベルの試料像を得る装置であり、非常に高い分解能を得られる装置として注目されている。
【０００３】
このＳＰＭにおいては、探針または試料をマイクロオーダー以下の精度で移動させることが必要である。最近のＳＰＭの中には、その移動ステージとして、モータ駆動ステージよりもコンパクトな慣性駆動ステージを備えたものがある。
【０００４】
図１８は、慣性駆動ステージの基本構造を示したものである。図１８において１は台座であり、台座１には、ｘ方向に延びる溝２が形成されている。そして、溝２の表面には、凹状の滑り部材３が取り付けられており、インシュレータ（サファイア，アルミナなど）で形成された滑り部材３の表面は鏡面研磨されている。
【０００５】
４はステージであり、ステージ４には、４個の積層型ピエゾ５〜８（積層型ピエゾ７，８は図示されていない）が取り付けられている。図１７は積層ピエゾの詳細図である。表面に形成された４つの電極のうち、任意の電極に電圧印加を印加することにより、ｘｙ方向に変位する。各積層型ピエゾの先端には球９が取り付けられており、球９は、滑り部材３に当接して溝２にはまっている。
【０００６】
また、１０は磁石であり、磁石１０は台座１に取り付けられている。一方、前記ステージ４は磁性材料で作られている。このため、ステージ４は、磁石１０によって台座１側へ引き付けられて静止している。
【０００７】
このような構成において、ステージ４をｘ方向へ移動させるときには、まず、積層型ピエゾ５〜８に電圧が印加されて、積層型ピエゾ５〜８がｘ方向に剪断変形される。次に、積層型ピエゾ５〜８への印加電圧がオフされ、積層型ピエゾ５〜８は元の状態に戻される。このとき発生する慣性力により、ステージ４はｘ方向へ移動する。なお、このとき積層型ピエゾ５〜８に印加される電圧の波形は、鋸波状の波形や非線形な波形など、様々である。
【０００８】
しかし、従来技術の慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾ素子はｘｙ方向のみに変位自在のものであるため、ステージ４はｘｙ平面を移動するのみであった。
【０００９】
なお、従来技術としては、ｘｙ方向に変位自在の円筒型ピエゾ素子を備えた慣性移動ステージ装置がある（例えば、特許文献１）。しかし、図１７のようにｚ方向への変位専用の電極が設置されていないため、良好にｚ方向の変位を行うことができなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００２−１２５６９０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようとする課題は、慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾ素子にｚ方向の変位も加えることにより、より正確なｘｙ方向への移動、ステージのｚ方向への微調整、あおり方向の動き及び回転方向への動きを実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、台座と、ピエゾスキャナを有し前記台座に取り付けられた第１の駆動体と、上盤と、ピエゾスキャナを有し前記上盤に取り付けられた第２の駆動体と、前記第１の駆動体と前記第２の駆動体とで挟持された第１の移動体と、前記台座の駆動体側と前記上盤の駆動体側が向き合った状態において上盤を台座の方へ力を加える第１の力を加える手段と、を備えた移動ステージ装置において、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記第１の駆動体及び第２の駆動体の前記ピエゾスキャナへの電圧印加による変形によって前記第１の移動体がｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする。
【００１３】
第２の発明は、前記第１の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、前記第２の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられていることを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙｚ変位を制御するスキャナ制御手段を備え、個々の前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙｚ変位は独立に制御自在なことを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、ｚ移動装置が前記第１の移動体に接続されており、前記ｚ移動装置は、第２の台座と、ピエゾスキャナを有し、前記第２の台座に取り付けられた第３の駆動体と、第２の上盤と、ピエゾスキャナを有し、前記第２の上盤に取り付けられた第４の駆動体と、前記第３の駆動体と前記第４の駆動体とで挟持された第２の移動体と、前記第２の台座の駆動体側と前記第２の上盤の駆動体側とが向き合った状態において、第２の上盤を第２の台座の方へ力を加える第２の力を加える手段とを備え、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記第３の駆動体と第４の駆動体のピエゾスキャナへの電圧印加による変形によって前記第２の移動体はｚ方向に移動可能であることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、前記第１の移動体がそれぞれ挟持面を有する第１の挟持体と第２の挟持体より構成された移動ステージ装置であって、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、第２の移動体と、ピエゾスキャナを有し、前記第１の挟持体の挟持面に取り付けられた第３の駆動体と、ピエゾスキャナを有し、前記第２の挟持体の挟持面に取り付けられた第４の駆動体とを備え、前記第２の移動体が前記第３の駆動体を介して前記第１の挟持体の挟持面と前記第４の駆動体を介して前記第２の挟持体の挟持面で挟持されて、前記２つの挟持体と一体としてｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、試料と前記試料に対向した探針を備えた、前記探針が当該移動ステージ装置に設置されている走査形プローブ顕微鏡であることを特徴とする。
【００１８】
【実施例】以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
（実施例１）図２は、本発明の移動ステージ装置の簡略図である。図２（ｃ）は移動ステージ装置を横から見た図、図２（ａ）は移動ステージ装置を下から見た図、図２（ｂ）は移動ステージ装置を上から見た図である。図示のようにｘｙｚ方向を定義し、○の中に×印は（ｙ方向）は紙面の表面から裏に向かう矢印とする。
【００２０】
図２において、１１は台座である。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００２１】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。
【００２２】
ここで、図１を用いて、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の構造について説明する。図１に示すピエゾスキャナは、円筒状圧電体素子Ｐの外側に４分割の電極（＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ）及びｚ電極を持ち、内側はグランドの共通電極Ｇとなっている。Ｐａはピエゾスキャナの一端を示し、Ｐｂはその他端を示している。
【００２３】
このような構造のピエゾスキャナにおいて、たとえば、前記他端Ｐｂを固定端とする。そして、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極＋Ｘと正負逆の電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの前記一端Ｐａはｘ方向に湾曲して変位する。逆に、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｘ方向に湾曲して変位する。
【００２４】
一方、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それらの電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極＋Ｙと正負逆の電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの一端Ｐａはｙ方向に湾曲して変位する。逆に、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｙ方向に湾曲して変位する。
【００２５】
また、電極Ｚと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｚを印加して、電極Ｚ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは＋Ｚ方向に変位する。逆に、電極Ｚと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｚを印加して、電極＋Ｚ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−Ｚ方向に変位する。
【００２６】
そして、前記印加電圧±Ｖｘ，±Ｖｙに応じてピエゾスキャナのｘ変位、ｙ変位及びｚ変位が同時に行われると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは、図１中ｘｙｚ方向に変位する。
【００２７】
図２（ａ）は、台座を下から見た図であり、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。
【００２８】
図２において、１９は慣性移動体（第１の移動体）であり、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。また、図２において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。第２の駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位する。
【００２９】
上盤２７は台座１１の方向に力が加えられており、慣性体１９と駆動体１２，１３、１４、２８、２９、３０が適切な摩擦を有している。力を加える手段は、上盤２７と台座１１が図示しないバネ、ゴム等の弾性体で互いに引っ張ることでもよく、上盤２７が図示しない力を加える装置により押圧されていてもよい。
【００３０】
図２（ｂ）は、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。
【００３１】
図２（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８は慣性移動体１９を介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９は慣性移動体１９を介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０は慣性移動体１９を介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００３２】
なお、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６においては、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の図２における他端Ｐｂ側が前記台座１１に、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の図２における一端Ｐａ側が前記上盤２７にそれぞれ取り付けられている。
【００３３】
また、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の各電極への電圧印加は、電圧電源装置９４、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【００３４】
以上、図２の装置構成について説明したが、以下、動作説明を行う。本発明による慣性移動体１９は、▲１▼ｘｙ方向への移動、▲２▼上下微調整、▲３▼あおり方向に動作する。
【００３５】
▲１▼ｘｙ方向への移動： まず、前記慣性移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を、図３〜図６、図９を用いて行う。
【００３６】
図９は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６を変位させるために、前記スキャナ制御手段９５から前記電圧電源装置９４に供給される電圧信号を示した図である。図９において、（１）はピエゾスキャナＰ１を変位させるための電圧信号を、（２）はピエゾスキャナＰ２を変位させるための電圧信号を、（３）はピエゾスキャナＰ３を変位させるための電圧信号を、（４）はピエゾスキャナＰ４を変位させるための電圧信号を、（５）はピエゾスキャナＰ５を変位させるための電圧信号を、（６）はピエゾスキャナＰ６を変位させるための電圧信号を、それぞれ示している。
【００３７】
また、図９（１）において、（ａ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加するための電圧信号を、（ｂ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極−Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加するための電圧信号を、（ｃ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極ｚと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｚを印加するための電圧信号を、それぞれ示している。
【００３８】
図３〜６は、前記スキャナ制御手段９５の前記電圧電源装置９４への電圧信号供給による、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位及び前記慣性移動体１９の移動を説明するために示した図である。
【００３９】
さて、前記慣性移動体１９をｘ方向に移動させる場合、まず、前記スキャナ制御手段９５は、図９（１）−（ａ），（２）−（ａ），（３）−（ａ），（４）−（ａ），（５）−（ａ），（６）−（ａ）に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に＋Ｖｘまで増加する電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。
【００４０】
このような電圧信号を受けた電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に＋Ｖｘ（たとえば１５０Ｖ）まで増加する電圧を印加する。この電圧印加により、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は一斉にｘ方向に徐々に変位し、時刻Ｔ１においては、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は、図３に示すように、定位置（電圧印加が行われていないときの位置）からｘ方向にΔｘだけ変位している。
【００４１】
この時刻Ｔ０からＴ１におけるピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位速度υ１は、一定で遅い。このため、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６がｘ方向にΔｘ変位するとき、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６先端のルビー球は慣性移動体１９上で滑ることはなく、図３に示すようにピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位に伴って、慣性移動体１９はｘ方向にΔｘだけ移動する。
【００４２】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ２において、図９（１）−（ｃ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１の前記電極ｚと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｚ（たとえば１５０Ｖ）の電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。この電圧印加により、ピエゾスキャナＰ１は、図４のように縮小する。
【００４３】
さらに、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ３において、図９（１）−（ａ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１のｘ電極に関する電圧信号を零にする電圧信号を、前記電圧信号に供給する。すると、ピエゾスキャナＰ１は、図５のように、ｚ方向に縮小したまま、ルビー球先端部が定位置に戻る。
【００４４】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ４において、図９（１）−（ｃ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１の前記電極ｚと前記接地電極Ｇ間の電圧を零にする電圧信号を、前記電圧信号電源９４に供給する。これにより、図６のように、ピエゾスキャナＰ１は、ｚ方向に伸長して定位置に戻る。
【００４５】
同様に、図９の（２）〜（６）の電圧信号から明らかなように、時刻Ｔ５においてピエゾスキャナＰ２が、時刻Ｔ６においてピエゾスキャナＰ３が、時刻Ｔ７においてピエゾスキャナＰ４が、時刻Ｔ８においてピエゾスキャナＰ５が、そして時刻Ｔ９においてピエゾスキャナＰ６が、それぞれ定位置に戻される。よって、時刻Ｔ９において、慣性移動体１９は、前記時刻Ｔ０の時点からｘ方向にΔｘだけ移動している。以後、上述した時刻Ｔ０〜Ｔ９における動作が所定回繰り返し行われ、慣性移動体１９はｘ方向に所定量だけ移動される。
【００４６】
以上、慣性移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を行ったが、慣性移動体１９をｙ方向に移動させる場合も同様である。
【００４７】
また同様に、慣性移動体１９を任意のｘｙ方向に移動させる場合には、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が一斉に同じｘｙ方向に徐々に変位するように、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）の各ｘｙ電極間（電極±Ｘと接地電極Ｇ間、および電極±Ｙと接地電極Ｇ間）に電圧が印加される。その後、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の順に定位置に戻される。
【００４８】
以上の様に、ピエゾスキャナがｚ方向に変位することにより、慣性移動体をより正確に移動させることができる。つまり、ピエゾスキャナを元の位置に戻すときは縮小させて慣性移動体の移動に影響を及ばさないようにする。
【００４９】
なお、上記例では、ピエゾスキャナが一斉に徐々に変位され、その後、ピエゾスキャナが１つづつ元に戻されたが、その逆が行われるようにしても良い。すなわち、ピエゾスキャナが１つづつ瞬時に変位されて、すべてのピエゾスキャナが変位した後、そのすべてのピエゾスキャナが一斉に徐々に元に戻されるようにしても良い。この場合、ピエゾスキャナが元に戻されるときに、移動体はピエゾスキャナと一緒に移動する。
【００５０】
また、電圧を印加する順序も、目的に応じて変化させるようにしても良い。たとえば、上述したＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…の順ではなく、Ｐ１，Ｐ４，Ｐ２，Ｐ５，…の順や、Ｐ１とＰ４に同時に電圧を印加するようにしても良い。
【００５１】
▲２▼上下微調整： 図１０はピエゾスキャナへの電圧印加グラフである。図１０（１）−（ｃ）、図１０（２）−（ｃ）、図１０（３）−（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０より台座に設置されたピエゾスキャナＰ１〜Ｐ３の前記ｚ電極と前記接地電極Ｇ間に徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１において−ＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に伸長する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５２】
また同時に、図１０（４）−（ｃ）、図１０（５）−（ｃ）、図１０（６）−（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０から上盤に設置されたピエゾスキャナＰ４〜Ｐ６の前記ｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１においてＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に縮小する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５３】
このため、図７に示すようにピエゾスキャナＰ１〜Ｐ３及び及びピエゾスキャナＰ４〜Ｐ６で挟持された慣性移動体がｚ方向に移動する。図７において、点線で示す図は移動前（時刻Ｔ０）であり、実線で示す図は移動後（時刻Ｔ１）である。
【００５４】
この場合、ピエゾスキャナは電圧印加により正確に変位する。また、がたつきやすべり等が起こらず、正確に指定した位置に移動する。さらに、ピエゾスキャナに印可する電圧の変位量を調整することにより、慣性移動体の移動スピードを調整することができる。上下のピエゾスキャナにそれぞれ逆の電圧を印可すると−ｚ方向に移動する。
【００５５】
▲３▼あおり方向の移動： 図１１はピエゾスキャナへの電圧印加グラフである。図１１（１）−（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０より台座に設置されたピエゾスキャナＰ１の前記ｚ電極と前記接地電極Ｇ間に徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１において−ＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に伸長する。同時に、図１１（２）−（ｃ）、図１１（３）−（ｃ）に示すように、台座に設置されたピエゾスキャナＰ２、Ｐ３のｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０より徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１においてＶＺを印可すると、ピエゾスキャナＰ２、Ｐ３はｚ方向に縮小する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５６】
また、図１１（４）−（ｃ）に示すように、上盤に設置されたピエゾスキャナＰ４のｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０から徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１においてＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に縮小する。同時に、図１１（５）−（ｃ）、図１１（６）−（ｃ）に示すように、上盤に設置されたピエゾスキャナＰ５、Ｐ６のｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０から徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１において−ＶＺを印可すると、ピエゾスキャナＰ５、Ｐ６はｚ方向に伸長する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５７】
このため、図８に示すようにピエゾスキャナＰ１〜Ｐ３及び及びピエゾスキャナＰ４〜Ｐ６で挟持された慣性移動体がｚ方向の片側がｚ方向に移動し、他方が−ｚ方向に移動し、あおり移動を行う。図８において、点線で示す図は移動前（時刻Ｔ０）であり、実線で示す図は移動後（時刻Ｔ１）である。
【００５８】
この場合も、ピエゾスキャナは電圧印加により正確に変位する。また、がたつきやすべり等が起こらず、正確に指定した位置に移動する。ピエゾスキャナに印可する電圧の変位量を調整することにより、慣性移動体の移動スピードを調整することができる。上下のピエゾスキャナにそれぞれ逆の電圧を印可すると逆方向にあおり移動を行う。
【００５９】
この場合、電圧の増加割合を変えることで慣性移動体の移動スピードを、電圧の大きさを変えることで移動量を変えることができる。
【００６０】
また他の応用動作として、図１９がある。図１９において、ピエゾスキャナの１つを絶えず固定した状態で、他の２つのピエゾスキャナをｘｙ方向に変位させることで、慣性移動体がある程度の範囲で回転方向に移動することが可能である。
【００６１】
（実施例２）図１２は、本発明の移動ステージ装置の一例を示した図である。図１２（ａ）は移動ステージ装置を横から見た図、図１２（ｂ）は移動ステージ装置を上から見た図である。実施例１と同一名称の構成要素には同一番号を付す。図中のカッコ付きの番号は、陰で見えない構成要素を示す。
【００６２】
図１２において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００６３】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体１２，１３，１４は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位するように構成されている。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座１１には、その三角形の重心位置に貫通孔１８が開けられている。
【００６４】
図１２において、１９は慣性移動体（第１の移動体）であり、慣性移動体１９は、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。この慣性移動体１９には貫通孔２０が開けられており、また、慣性移動体１９の下面Ｂには、３つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１，２２，２３が取り付けられている。さらに慣性移動体１９の上面Ｃには、３つの正方形状のインシュレータ２４，２５，２６が取り付けられている。
【００６５】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１７はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。
【００６６】
また、図１２において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【００６７】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００６８】
各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤２７には、その三角形の重心位置に貫通孔３４が開けられている。
【００６９】
そして、図１２に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図１２（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８は慣性移動体１９を介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９は慣性移動体１９を介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０は慣性移動体１９を介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００７０】
図１２において、３５は回動部材である。回動部材３５の一端はビス３６によって台座１１に、回動部材３５の他端はビス３７によって台座１１に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材３５は、ビス３６，３７を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００７１】
そして、回動部材３５の上部両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。
【００７２】
これらスプリング４０，４１の作用により、回動部材３５は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤２７は、回動部材３５によって台座１１に押し付けられている。この際、回動部材３５の上部に設けられた凸部４４が上盤２７の側面に当接し、また、上盤２７の側面に設けられた凸部４５が台座１１の溝４６にはまって当接している。
【００７３】
また、ボルト４７が、上盤２７の貫通孔３４に挿入されており、ボルト４７にねじ込まれたナット４８が上盤２７の上面Ｅに当接して、ボルト４７は止まっている。ボルト４７先端に開けられた孔４９には、スプリング５０の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング５０の他端は、前記慣性移動体１９の貫通孔２０と、前記台座１１の貫通孔１８とを通って、台座１１の下面Ｆ側に配置された平行ピン５１に引っ掛けられている。
【００７４】
このスプリング５０の作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、慣性移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【００７５】
ここまで説明したように、図１２の移動ステージ装置においては、慣性移動体１９は、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。さらに、前記スプリング５０の取付位置にも工夫が施されている。すなわち、スプリング５０の一端は、台座１１上において、駆動体１２，１３，１４の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング５０の他端は、上盤２７上において、駆動体２８，２９，３０の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００７６】
このような駆動体の配置と、スプリング５０の取付位置により、慣性移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって均等な力で押され、駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。このため、慣性移動体１９は、駆動体１２，１３，１４と駆動体２８，２９，３０とでしっかり挟まれて、静止している。
【００７７】
また、図２において、５２はｚ移動装置である。ｚ移動装置５２は前記慣性移動体１９に接続されており、その構成は、これまで説明した慣性移動体１９の移動装置の構成と似通っている。以下、ｚ移動装置５２の構成について説明する。
【００７８】
５３は台座（第２の台座）であり、慣性移動体１９に続く台座５３は、Ｌ字状に形成されている。台座５３の表面Ｇには、３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。
【００７９】
これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体５４，５５，５６は、一端が台座５３に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球５７，５８，５９とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｚ方向に変位する。
【００８０】
各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の台座５３への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座５３には、その三角形の重心位置に貫通孔６０が開けられている。
【００８１】
図１２において、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、ｚ移動体６１は、前記駆動体５４，５５，５６上に配置されている。このｚ移動体６１には貫通孔６２が開けられている。また、ｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６３が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる三角溝６４が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【００８２】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【００８３】
これらのインシュレータ６３，６４，６７，６８は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータ６３にそれぞれ当接している。
【００８４】
また、図１２において、６９は上盤である。上盤６９の裏面Ｊには、３つの駆動体７０，７１，７２が取り付けられている。
【００８５】
これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体７０，７１，７２は、一端が上盤６９に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球７３，７４，７５とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００８６】
各ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の上盤６９への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤６９には、その三角形の重心位置に貫通孔７６が開けられている。
【００８７】
そして、図１２に示すように、ピエゾスキャナＰ１０先端に取り付けられたルビー球７３は前記平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１１先端に取り付けられたルビー球７４は同じく平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１２先端に取り付けられたルビー球７５は前記Ｖ字状インシュレータ６７にそれぞれ当接している。また、図１２から分かるように、ピエゾスキャナＰ１０を有する駆動体７０はｚ移動体６１を介して前記駆動体５４に、ピエゾスキャナＰ１１を有する駆動体７１はｚ移動体６１を介して前記駆動体５５に、ピエゾスキャナＰ１２を有する駆動体７２はｚ移動体６１を介して前記駆動体５６にそれぞれ対向している。
【００８８】
図１２中、７７は回動部材である。回動部材７７の一端はビス７８によって台座５３に、回動部材７７の他端はビス７９によって台座５３に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材７７は、ビス７８，７９を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００８９】
そして、回動部材７７の前方両側には、ピン８０，８１が固定されている。ピン８０にはスプリング８２の一端が引っ掛けられ、ピン８１にはスプリング８３の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング８２の他端は、前記台座５３の下部側面に固定されたピン８４に引っ掛けられ、スプリング８３の他端は、台座５３の下部側面に固定されたピン８５に引っ掛けられている。
【００９０】
これらスプリング８２，８３の作用により、回動部材７７は台座５３のピン８４，８５方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤６９は、回動部材７７によって台座５３に押し付けられている。この際、回動部材７７の上部に設けられた凸部８６が上盤６９の上部側面に当接し、また、上盤６９の下部側面に設けられた凸部８７が台座５３の溝８８にはまって当接している。
【００９１】
また、ボルト８９が、上盤６９の貫通孔７６に挿入されており、ボルト８９にねじ込まれたナット９０が上盤６９の表面Ｋに当接して、ボルト８９は止まっている。ボルト８９先端に開けられた孔９１には、スプリング９２の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング９２の他端は、前記ｚ移動体６１の貫通孔６２と、前記台座５３の貫通孔６０とを通って、台座５３の裏面側に配置された平行ピン９３に引っ掛けられている。
【００９２】
このスプリング９２の作用により、上盤６９は、台座５３の表面Ｇの方へ引っ張られ、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。
【００９３】
このように、図１２の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、台座５３側の駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する上盤６９側の駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２の一端は、台座５３上において、駆動体５４，５５，５６の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング９２の他端は、上盤６９上において、駆動体７０，７１，７２の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００９４】
このような駆動体の配置と、スプリング９２の取付位置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【００９５】
以上、図１２の装置構成について説明したが、基本的な動作は実施例１と同様である。つまり、慣性移動体が、▲１▼ｘｙ方向、▲２▼上下微調整及び▲３▼おあり方向への移動を行う。
▲１▼ｘｙ方向への移動： 実施例１におけるｘｙ方向への移動と同様である。つまり、図９の様な電気信号を供給することにより、図３〜６の様に、慣性移動体がｘ方向に移動する。ｙ方向に移動させる場合も同様である。これにより、慣性移動体は任意のｘｙ方向に移動することができる。
▲２▼上下微調整： 実施例１における上下微調整と同様である。つまり、図１０の様な電気信号を供給することにより、図７の様に、慣性移動体がｚ方向に移動する。
▲３▼あおり方向への移動： 実施例１におけるあおり方向への移動と同様である。つまり、図１１の様な電気信号を供給することにより、図８の様に、慣性移動体があおり移動を行う。
【００９６】
（実施例３）図１３及び図１４は、本発明の移動ステージ装置の他の一例を示した図である。図１３（ａ）は移動ステージ装置を上から見た図である。図１３（ｂ）は移動ステージ装置を横から見た図である。図１４は移動ステージ装置の主要部品の分解図である。実施例１と同一名称の構成要素には同一番号を付す。図１３、１４において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されており、底辺中央部には四角形の貫通穴が設けられている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００９７】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体１２，１３，１４は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００９８】
図１３、１４中、１９ａ及び１９ｂは慣性移動体（第１の移動体）であり、慣性移動体は第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂから構成されている。慣性移動体１９ａ、１９ｂは、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。第１の挟持体１９ａは水平面ｂ、ｃを有する水平板と挟持面Ｌを有する垂直板から構成されている。第１の挟持体１９ａの水平板下面Ｂには、１つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１が取り付けられている。さらに第１の挟持体１９ａの水平板上面Ｃには、１つの正方形状のインシュレータ２４が取り付けられている。第１の挟持体１９ａの垂直板には、挟持面Ｌに３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。この３つの駆動体５４，５５，５６で、本発明における第３の駆動体が構成されている。これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体５４，５５，５６は、一端が垂直板の挟持面Ｌに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球５７，５８，５９とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００９９】
また、第２の挟持体１９ｂは２つに分割された水平板と貫通孔のある挟持面Ｍを有する垂直板から構成されている。第２の挟持体１９ｂの水平板下面には、２つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２２、２３が取り付けられている。さらに第２の挟持体１９ｂの水平板上面には、正方形状のインシュレータ２５、２６が取り付けられている。第２の挟持体１９ｂの垂直板の挟持面Ｍには、３つの駆動体７０、７１、７２が取り付けられている。この３つの駆動体７０、７１、７２で、本発明における第４の駆動体が構成されている。これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体７０，７１，７２は、一端が垂直板の挟持面Ｍに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球７３，７４，７５とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【０１００】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１６はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂは後述するｚ移動体（第２移動体）を挟持し、第２の挟持体１９ｂの垂直板の貫通穴には第２移動体の水平板が貫通する。
【０１０１】
また、図１３、１４において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【０１０２】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位する。
【０１０３】
そして、図１３、１４に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図１３（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８は慣性移動体１９ａを介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９は慣性移動体１９ｂを介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０は慣性移動体１９ｂを介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【０１０４】
そして、上盤２７の一端両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。これらスプリング４０，４１の作用により、上盤２７は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られる。
【０１０５】
スプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの一端はそれぞれ上盤２７に平行ピン５１で止められ、他端は台座１１に平行ピン５１で止められている。このスプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、慣性移動体１９ａ、１９ｂは、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【０１０６】
ここまで説明したように、図１３、１４の移動ステージ装置においては、慣性移動体１９ａ、１９ｂは、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。
【０１０７】
図１３、１４中、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、平行板と被挟持面Ｈ、Ｉを有する垂直板から構成されている。ｚ移動体６１の垂直板は、前記駆動体５４，５５，５６に接して配置されている。このｚ移動体６１の平行板には貫通孔６２が開けられており、スプリング５０ｃが貫通する。また、ｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータが取り付けられている。さらにｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる２本の三角溝が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【０１０８】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる２本の三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【０１０９】
これらのインシュレータは、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータに、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータに、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータにそれぞれ当接している。
【０１１０】
このように、図１３、１４の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、第１の挟持体１９ａの駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する第２の挟持体１９ｂの駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２ａ、９２ｂの一端は第１の挟持体１９ａにピンで固定され、前記スプリング９２ａ、９２ｂの他端は第２の挟持体１９ｂにピンで固定されている。
【０１１１】
このような駆動体の配置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【０１１２】
図１３、１４のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極＋Ｘは全てｘ方向を向いており、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極−Ｘは全て−ｘ方向を向いている。ｙ方向も同様である。図３、４のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２の電極＋Ｘは全てｚ方向を向いており、電極−Ｘは全て−ｚ方向を向いている。
【０１１３】
また、図１３、１４において、９４は電圧電源装置であり、電圧電源装置９４は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の各電極間に前記電圧±Ｖｘ、±Ｖｙ、±Ｖｚを印加するためのものである。電圧電源装置９４の制御は、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【０１１４】
図１５は、図１３におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。図１５（ａ）は図３における矢視００である。図１５（ｂ）は図１３における矢視ＰＰである。図１５（ｃ）は図３における矢視ＱＱである。図１５（ｄ）は図１３における矢視ＲＲである。
【０１１５】
以上、図１３、１４の装置構成について説明したが、基本的な動作は実施例１と同様である。つまり、慣性移動体が、▲１▼ｘｙ方向、▲２▼ｚ方向及び▲３▼おあり方向への移動を行う。
▲１▼ｘｙ方向への移動： 実施例１におけるｘｙ方向への移動と同様である。つまり、図９の様な電気信号を供給することにより、図３〜６の様に、図１３における慣性移動体１９ａ、ｂがｘ方向に移動する。ｙ方向に移動させる場合も同様である。これにより、慣性移動体は任意のｘｙ方向に移動する。
▲２▼上下微調整： 実施例１における上下微調整と同様である。つまり、図１０の様な電気信号を供給することにより、図７の様に、図１３における慣性移動体１９ａ、ｂがｚ方向に移動する。
▲３▼あおり方向への移動： 実施例１におけるあおり方向への移動と同様である。つまり、図１１の様な電気信号を供給することにより、図８の様に、図１３における慣性移動体１９ａ、ｂがあおり方向に移動する。
【０１１６】
（実施例４）図１６は、図１３の移動ステージ装置を備えた走査形トンネル顕微鏡の例を示したものである。図１６において、１００は図１３の移動ステージ装置を示している。この移動ステージ装置１００のｚ移動体１０１上には、ｘ，ｙ，ｚ方向に変位自在なチューブピエゾスキャナ１０２が配置されている。そして、ピエゾスキャナ１０２の先端には、導電性の探針１０３が取り付けられている。探針１０３は電極１０４を取り付けられる構造をとり、その電極１０４はＳＰＭユニット１０５に電気的に接続されている。また図１６において、１０６は試料であり、試料１０６を載置している試料ステージ１０７は、試料台１０８上に置かれている。前記移動ステージ装置１００は、この試料台１０８上に置かれている。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０９により、試料１０６を観察可能に構成されている。
【０１１７】
このような装置において、移動ステージ装置１００と、新たに取り付けられたピエゾスキャナ１０２が移動されて、試料１０６の任意の場所に探針先端が近付けられる。このときの探針先端の位置決めは、試料上部に取り付けられたＳＥＭ１０９による試料観察を行いながら行われる。
【０１１８】
また、探針１０３と試料１０６間には適切なバイアス電圧が印加されており、探針と試料間に流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５においてモニタリングされている。そして、ＳＰＭユニット１０５は、そのモニタ電流に基づき、探針先端が試料表面に接触するようにピエゾスキャナ１０２のｚ動を制御する。その後、探針を流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５で検出され、試料上の微小領域での電流検出測定が行われる。ピエゾスキャナ１０２は、試料ステージ１０７に設置されていても良い。また、ｚ移動体１０１には、走査形トンネル顕微鏡の探針の替わりに原子間力顕微鏡の探針ユニットが設置されていてもよい。
【０１１９】
以上、本発明を例を挙げて説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、本発明の移動ステージ装置は、ＳＰＭ以外の微動が必要な装置に適用することが可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾスキャナにｚ方向の変位も加えることにより、変位後のピエゾスキャナを元の位置に戻すときにはピエゾスキャナを縮めてステージ移動に影響を及ぼさないようにし、より正確なｘｙ方向への移動が実現できる。また、ステージのｚ方向への微調整、あおり方向の動き及び回転方向への動きを実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る移動ステージ装置に用いるピエゾスキャナを示した図である。
【図２】本発明に係る移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図３】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図４】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図５】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図６】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図７】図２における慣性移動体の上下微調整を説明するために示した図である。
【図８】図２における慣性移動体のおあり方向への移動を説明するために示した図である。
【図９】慣性移動体をｘｙ方向に変位させるための電圧信号を示した図である。
【図１０】慣性移動体をｚ方向に変位させるための電圧信号を示した図である。
【図１１】慣性移動体をあおり方向に変位させるための電圧信号を示した図である。
【図１２】本発明に係る移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図１３】本発明に係る移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図１４】図１３における移動ステージの主要部品の分解図である。
【図１５】図１３におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。
【図１６】図１３の移動ステージ装置を備えた走査形プローブ顕微鏡の例を示した図である。
【図１７】従来技術の移動ステージ装置に用いるピエゾスキャナを示した図である。
【図１８】従来技術の移動ステージ装置を示す図である。
【図１９】図２における慣性移動体の回転方向への移動を説明するために示した図である。
【符号の説明】
１１…台座、１２、１３、１４…第１の駆動体、１９…慣性移動体（第１の移動体）、１９ａ…第１の挟持体、１９ｂ…第２の挟持体、２７…上盤、２８、２９、３０…第２の駆動体、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…スプリング、５３…第２の台座、５４、５５、５６…第３の駆動体、６１…ｚ移動体（第２の移動体）、６９…第２の上盤、７０、７１、７２…第４の駆動体、９２、９２ａ、９２ｂ…スプリング、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１ １、Ｐ１２…ピエゾスキャナ
【発明の属する技術分野】本発明は、微動が必要な装置に用いて好適な移動ステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形トンネル顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、探針を試料上で走査させて原子レベルの試料像を得る装置であり、非常に高い分解能を得られる装置として注目されている。
【０００３】
このＳＰＭにおいては、探針または試料をマイクロオーダー以下の精度で移動させることが必要である。最近のＳＰＭの中には、その移動ステージとして、モータ駆動ステージよりもコンパクトな慣性駆動ステージを備えたものがある。
【０００４】
図１８は、慣性駆動ステージの基本構造を示したものである。図１８において１は台座であり、台座１には、ｘ方向に延びる溝２が形成されている。そして、溝２の表面には、凹状の滑り部材３が取り付けられており、インシュレータ（サファイア，アルミナなど）で形成された滑り部材３の表面は鏡面研磨されている。
【０００５】
４はステージであり、ステージ４には、４個の積層型ピエゾ５〜８（積層型ピエゾ７，８は図示されていない）が取り付けられている。図１７は積層ピエゾの詳細図である。表面に形成された４つの電極のうち、任意の電極に電圧印加を印加することにより、ｘｙ方向に変位する。各積層型ピエゾの先端には球９が取り付けられており、球９は、滑り部材３に当接して溝２にはまっている。
【０００６】
また、１０は磁石であり、磁石１０は台座１に取り付けられている。一方、前記ステージ４は磁性材料で作られている。このため、ステージ４は、磁石１０によって台座１側へ引き付けられて静止している。
【０００７】
このような構成において、ステージ４をｘ方向へ移動させるときには、まず、積層型ピエゾ５〜８に電圧が印加されて、積層型ピエゾ５〜８がｘ方向に剪断変形される。次に、積層型ピエゾ５〜８への印加電圧がオフされ、積層型ピエゾ５〜８は元の状態に戻される。このとき発生する慣性力により、ステージ４はｘ方向へ移動する。なお、このとき積層型ピエゾ５〜８に印加される電圧の波形は、鋸波状の波形や非線形な波形など、様々である。
【０００８】
しかし、従来技術の慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾ素子はｘｙ方向のみに変位自在のものであるため、ステージ４はｘｙ平面を移動するのみであった。
【０００９】
なお、従来技術としては、ｘｙ方向に変位自在の円筒型ピエゾ素子を備えた慣性移動ステージ装置がある（例えば、特許文献１）。しかし、図１７のようにｚ方向への変位専用の電極が設置されていないため、良好にｚ方向の変位を行うことができなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００２−１２５６９０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようとする課題は、慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾ素子にｚ方向の変位も加えることにより、より正確なｘｙ方向への移動、ステージのｚ方向への微調整、あおり方向の動き及び回転方向への動きを実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、台座と、ピエゾスキャナを有し前記台座に取り付けられた第１の駆動体と、上盤と、ピエゾスキャナを有し前記上盤に取り付けられた第２の駆動体と、前記第１の駆動体と前記第２の駆動体とで挟持された第１の移動体と、前記台座の駆動体側と前記上盤の駆動体側が向き合った状態において上盤を台座の方へ力を加える第１の力を加える手段と、を備えた移動ステージ装置において、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記第１の駆動体及び第２の駆動体の前記ピエゾスキャナへの電圧印加による変形によって前記第１の移動体がｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする。
【００１３】
第２の発明は、前記第１の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、前記第２の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられていることを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙｚ変位を制御するスキャナ制御手段を備え、個々の前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙｚ変位は独立に制御自在なことを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、ｚ移動装置が前記第１の移動体に接続されており、前記ｚ移動装置は、第２の台座と、ピエゾスキャナを有し、前記第２の台座に取り付けられた第３の駆動体と、第２の上盤と、ピエゾスキャナを有し、前記第２の上盤に取り付けられた第４の駆動体と、前記第３の駆動体と前記第４の駆動体とで挟持された第２の移動体と、前記第２の台座の駆動体側と前記第２の上盤の駆動体側とが向き合った状態において、第２の上盤を第２の台座の方へ力を加える第２の力を加える手段とを備え、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記第３の駆動体と第４の駆動体のピエゾスキャナへの電圧印加による変形によって前記第２の移動体はｚ方向に移動可能であることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、前記第１の移動体がそれぞれ挟持面を有する第１の挟持体と第２の挟持体より構成された移動ステージ装置であって、前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、第２の移動体と、ピエゾスキャナを有し、前記第１の挟持体の挟持面に取り付けられた第３の駆動体と、ピエゾスキャナを有し、前記第２の挟持体の挟持面に取り付けられた第４の駆動体とを備え、前記第２の移動体が前記第３の駆動体を介して前記第１の挟持体の挟持面と前記第４の駆動体を介して前記第２の挟持体の挟持面で挟持されて、前記２つの挟持体と一体としてｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、試料と前記試料に対向した探針を備えた、前記探針が当該移動ステージ装置に設置されている走査形プローブ顕微鏡であることを特徴とする。
【００１８】
【実施例】以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
（実施例１）図２は、本発明の移動ステージ装置の簡略図である。図２（ｃ）は移動ステージ装置を横から見た図、図２（ａ）は移動ステージ装置を下から見た図、図２（ｂ）は移動ステージ装置を上から見た図である。図示のようにｘｙｚ方向を定義し、○の中に×印は（ｙ方向）は紙面の表面から裏に向かう矢印とする。
【００２０】
図２において、１１は台座である。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００２１】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。
【００２２】
ここで、図１を用いて、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の構造について説明する。図１に示すピエゾスキャナは、円筒状圧電体素子Ｐの外側に４分割の電極（＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ）及びｚ電極を持ち、内側はグランドの共通電極Ｇとなっている。Ｐａはピエゾスキャナの一端を示し、Ｐｂはその他端を示している。
【００２３】
このような構造のピエゾスキャナにおいて、たとえば、前記他端Ｐｂを固定端とする。そして、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極＋Ｘと正負逆の電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの前記一端Ｐａはｘ方向に湾曲して変位する。逆に、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｘ方向に湾曲して変位する。
【００２４】
一方、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それらの電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極＋Ｙと正負逆の電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの一端Ｐａはｙ方向に湾曲して変位する。逆に、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｙ方向に湾曲して変位する。
【００２５】
また、電極Ｚと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｚを印加して、電極Ｚ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは＋Ｚ方向に変位する。逆に、電極Ｚと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｚを印加して、電極＋Ｚ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−Ｚ方向に変位する。
【００２６】
そして、前記印加電圧±Ｖｘ，±Ｖｙに応じてピエゾスキャナのｘ変位、ｙ変位及びｚ変位が同時に行われると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは、図１中ｘｙｚ方向に変位する。
【００２７】
図２（ａ）は、台座を下から見た図であり、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。
【００２８】
図２において、１９は慣性移動体（第１の移動体）であり、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。また、図２において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。第２の駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位する。
【００２９】
上盤２７は台座１１の方向に力が加えられており、慣性体１９と駆動体１２，１３、１４、２８、２９、３０が適切な摩擦を有している。力を加える手段は、上盤２７と台座１１が図示しないバネ、ゴム等の弾性体で互いに引っ張ることでもよく、上盤２７が図示しない力を加える装置により押圧されていてもよい。
【００３０】
図２（ｂ）は、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。
【００３１】
図２（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８は慣性移動体１９を介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９は慣性移動体１９を介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０は慣性移動体１９を介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００３２】
なお、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６においては、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の図２における他端Ｐｂ側が前記台座１１に、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の図２における一端Ｐａ側が前記上盤２７にそれぞれ取り付けられている。
【００３３】
また、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の各電極への電圧印加は、電圧電源装置９４、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【００３４】
以上、図２の装置構成について説明したが、以下、動作説明を行う。本発明による慣性移動体１９は、▲１▼ｘｙ方向への移動、▲２▼上下微調整、▲３▼あおり方向に動作する。
【００３５】
▲１▼ｘｙ方向への移動： まず、前記慣性移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を、図３〜図６、図９を用いて行う。
【００３６】
図９は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６を変位させるために、前記スキャナ制御手段９５から前記電圧電源装置９４に供給される電圧信号を示した図である。図９において、（１）はピエゾスキャナＰ１を変位させるための電圧信号を、（２）はピエゾスキャナＰ２を変位させるための電圧信号を、（３）はピエゾスキャナＰ３を変位させるための電圧信号を、（４）はピエゾスキャナＰ４を変位させるための電圧信号を、（５）はピエゾスキャナＰ５を変位させるための電圧信号を、（６）はピエゾスキャナＰ６を変位させるための電圧信号を、それぞれ示している。
【００３７】
また、図９（１）において、（ａ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加するための電圧信号を、（ｂ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極−Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加するための電圧信号を、（ｃ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極ｚと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｚを印加するための電圧信号を、それぞれ示している。
【００３８】
図３〜６は、前記スキャナ制御手段９５の前記電圧電源装置９４への電圧信号供給による、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位及び前記慣性移動体１９の移動を説明するために示した図である。
【００３９】
さて、前記慣性移動体１９をｘ方向に移動させる場合、まず、前記スキャナ制御手段９５は、図９（１）−（ａ），（２）−（ａ），（３）−（ａ），（４）−（ａ），（５）−（ａ），（６）−（ａ）に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に＋Ｖｘまで増加する電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。
【００４０】
このような電圧信号を受けた電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に＋Ｖｘ（たとえば１５０Ｖ）まで増加する電圧を印加する。この電圧印加により、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は一斉にｘ方向に徐々に変位し、時刻Ｔ１においては、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は、図３に示すように、定位置（電圧印加が行われていないときの位置）からｘ方向にΔｘだけ変位している。
【００４１】
この時刻Ｔ０からＴ１におけるピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位速度υ１は、一定で遅い。このため、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６がｘ方向にΔｘ変位するとき、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６先端のルビー球は慣性移動体１９上で滑ることはなく、図３に示すようにピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位に伴って、慣性移動体１９はｘ方向にΔｘだけ移動する。
【００４２】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ２において、図９（１）−（ｃ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１の前記電極ｚと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｚ（たとえば１５０Ｖ）の電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。この電圧印加により、ピエゾスキャナＰ１は、図４のように縮小する。
【００４３】
さらに、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ３において、図９（１）−（ａ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１のｘ電極に関する電圧信号を零にする電圧信号を、前記電圧信号に供給する。すると、ピエゾスキャナＰ１は、図５のように、ｚ方向に縮小したまま、ルビー球先端部が定位置に戻る。
【００４４】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ４において、図９（１）−（ｃ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１の前記電極ｚと前記接地電極Ｇ間の電圧を零にする電圧信号を、前記電圧信号電源９４に供給する。これにより、図６のように、ピエゾスキャナＰ１は、ｚ方向に伸長して定位置に戻る。
【００４５】
同様に、図９の（２）〜（６）の電圧信号から明らかなように、時刻Ｔ５においてピエゾスキャナＰ２が、時刻Ｔ６においてピエゾスキャナＰ３が、時刻Ｔ７においてピエゾスキャナＰ４が、時刻Ｔ８においてピエゾスキャナＰ５が、そして時刻Ｔ９においてピエゾスキャナＰ６が、それぞれ定位置に戻される。よって、時刻Ｔ９において、慣性移動体１９は、前記時刻Ｔ０の時点からｘ方向にΔｘだけ移動している。以後、上述した時刻Ｔ０〜Ｔ９における動作が所定回繰り返し行われ、慣性移動体１９はｘ方向に所定量だけ移動される。
【００４６】
以上、慣性移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を行ったが、慣性移動体１９をｙ方向に移動させる場合も同様である。
【００４７】
また同様に、慣性移動体１９を任意のｘｙ方向に移動させる場合には、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が一斉に同じｘｙ方向に徐々に変位するように、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）の各ｘｙ電極間（電極±Ｘと接地電極Ｇ間、および電極±Ｙと接地電極Ｇ間）に電圧が印加される。その後、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の順に定位置に戻される。
【００４８】
以上の様に、ピエゾスキャナがｚ方向に変位することにより、慣性移動体をより正確に移動させることができる。つまり、ピエゾスキャナを元の位置に戻すときは縮小させて慣性移動体の移動に影響を及ばさないようにする。
【００４９】
なお、上記例では、ピエゾスキャナが一斉に徐々に変位され、その後、ピエゾスキャナが１つづつ元に戻されたが、その逆が行われるようにしても良い。すなわち、ピエゾスキャナが１つづつ瞬時に変位されて、すべてのピエゾスキャナが変位した後、そのすべてのピエゾスキャナが一斉に徐々に元に戻されるようにしても良い。この場合、ピエゾスキャナが元に戻されるときに、移動体はピエゾスキャナと一緒に移動する。
【００５０】
また、電圧を印加する順序も、目的に応じて変化させるようにしても良い。たとえば、上述したＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…の順ではなく、Ｐ１，Ｐ４，Ｐ２，Ｐ５，…の順や、Ｐ１とＰ４に同時に電圧を印加するようにしても良い。
【００５１】
▲２▼上下微調整： 図１０はピエゾスキャナへの電圧印加グラフである。図１０（１）−（ｃ）、図１０（２）−（ｃ）、図１０（３）−（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０より台座に設置されたピエゾスキャナＰ１〜Ｐ３の前記ｚ電極と前記接地電極Ｇ間に徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１において−ＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に伸長する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５２】
また同時に、図１０（４）−（ｃ）、図１０（５）−（ｃ）、図１０（６）−（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０から上盤に設置されたピエゾスキャナＰ４〜Ｐ６の前記ｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１においてＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に縮小する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５３】
このため、図７に示すようにピエゾスキャナＰ１〜Ｐ３及び及びピエゾスキャナＰ４〜Ｐ６で挟持された慣性移動体がｚ方向に移動する。図７において、点線で示す図は移動前（時刻Ｔ０）であり、実線で示す図は移動後（時刻Ｔ１）である。
【００５４】
この場合、ピエゾスキャナは電圧印加により正確に変位する。また、がたつきやすべり等が起こらず、正確に指定した位置に移動する。さらに、ピエゾスキャナに印可する電圧の変位量を調整することにより、慣性移動体の移動スピードを調整することができる。上下のピエゾスキャナにそれぞれ逆の電圧を印可すると−ｚ方向に移動する。
【００５５】
▲３▼あおり方向の移動： 図１１はピエゾスキャナへの電圧印加グラフである。図１１（１）−（ｃ）に示すように、時刻Ｔ０より台座に設置されたピエゾスキャナＰ１の前記ｚ電極と前記接地電極Ｇ間に徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１において−ＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に伸長する。同時に、図１１（２）−（ｃ）、図１１（３）−（ｃ）に示すように、台座に設置されたピエゾスキャナＰ２、Ｐ３のｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０より徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１においてＶＺを印可すると、ピエゾスキャナＰ２、Ｐ３はｚ方向に縮小する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５６】
また、図１１（４）−（ｃ）に示すように、上盤に設置されたピエゾスキャナＰ４のｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０から徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１においてＶＺを印可すると、ピエゾスキャナはｚ方向に縮小する。同時に、図１１（５）−（ｃ）、図１１（６）−（ｃ）に示すように、上盤に設置されたピエゾスキャナＰ５、Ｐ６のｚ電極と前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０から徐々に電圧を印加し始め、時刻Ｔ１において−ＶＺを印可すると、ピエゾスキャナＰ５、Ｐ６はｚ方向に伸長する。ｘｙ電極に電圧は印加しない。
【００５７】
このため、図８に示すようにピエゾスキャナＰ１〜Ｐ３及び及びピエゾスキャナＰ４〜Ｐ６で挟持された慣性移動体がｚ方向の片側がｚ方向に移動し、他方が−ｚ方向に移動し、あおり移動を行う。図８において、点線で示す図は移動前（時刻Ｔ０）であり、実線で示す図は移動後（時刻Ｔ１）である。
【００５８】
この場合も、ピエゾスキャナは電圧印加により正確に変位する。また、がたつきやすべり等が起こらず、正確に指定した位置に移動する。ピエゾスキャナに印可する電圧の変位量を調整することにより、慣性移動体の移動スピードを調整することができる。上下のピエゾスキャナにそれぞれ逆の電圧を印可すると逆方向にあおり移動を行う。
【００５９】
この場合、電圧の増加割合を変えることで慣性移動体の移動スピードを、電圧の大きさを変えることで移動量を変えることができる。
【００６０】
また他の応用動作として、図１９がある。図１９において、ピエゾスキャナの１つを絶えず固定した状態で、他の２つのピエゾスキャナをｘｙ方向に変位させることで、慣性移動体がある程度の範囲で回転方向に移動することが可能である。
【００６１】
（実施例２）図１２は、本発明の移動ステージ装置の一例を示した図である。図１２（ａ）は移動ステージ装置を横から見た図、図１２（ｂ）は移動ステージ装置を上から見た図である。実施例１と同一名称の構成要素には同一番号を付す。図中のカッコ付きの番号は、陰で見えない構成要素を示す。
【００６２】
図１２において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００６３】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体１２，１３，１４は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位するように構成されている。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座１１には、その三角形の重心位置に貫通孔１８が開けられている。
【００６４】
図１２において、１９は慣性移動体（第１の移動体）であり、慣性移動体１９は、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。この慣性移動体１９には貫通孔２０が開けられており、また、慣性移動体１９の下面Ｂには、３つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１，２２，２３が取り付けられている。さらに慣性移動体１９の上面Ｃには、３つの正方形状のインシュレータ２４，２５，２６が取り付けられている。
【００６５】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１７はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。
【００６６】
また、図１２において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【００６７】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００６８】
各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤２７には、その三角形の重心位置に貫通孔３４が開けられている。
【００６９】
そして、図１２に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図１２（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８は慣性移動体１９を介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９は慣性移動体１９を介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０は慣性移動体１９を介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００７０】
図１２において、３５は回動部材である。回動部材３５の一端はビス３６によって台座１１に、回動部材３５の他端はビス３７によって台座１１に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材３５は、ビス３６，３７を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００７１】
そして、回動部材３５の上部両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。
【００７２】
これらスプリング４０，４１の作用により、回動部材３５は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤２７は、回動部材３５によって台座１１に押し付けられている。この際、回動部材３５の上部に設けられた凸部４４が上盤２７の側面に当接し、また、上盤２７の側面に設けられた凸部４５が台座１１の溝４６にはまって当接している。
【００７３】
また、ボルト４７が、上盤２７の貫通孔３４に挿入されており、ボルト４７にねじ込まれたナット４８が上盤２７の上面Ｅに当接して、ボルト４７は止まっている。ボルト４７先端に開けられた孔４９には、スプリング５０の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング５０の他端は、前記慣性移動体１９の貫通孔２０と、前記台座１１の貫通孔１８とを通って、台座１１の下面Ｆ側に配置された平行ピン５１に引っ掛けられている。
【００７４】
このスプリング５０の作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、慣性移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【００７５】
ここまで説明したように、図１２の移動ステージ装置においては、慣性移動体１９は、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。さらに、前記スプリング５０の取付位置にも工夫が施されている。すなわち、スプリング５０の一端は、台座１１上において、駆動体１２，１３，１４の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング５０の他端は、上盤２７上において、駆動体２８，２９，３０の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００７６】
このような駆動体の配置と、スプリング５０の取付位置により、慣性移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって均等な力で押され、駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。このため、慣性移動体１９は、駆動体１２，１３，１４と駆動体２８，２９，３０とでしっかり挟まれて、静止している。
【００７７】
また、図２において、５２はｚ移動装置である。ｚ移動装置５２は前記慣性移動体１９に接続されており、その構成は、これまで説明した慣性移動体１９の移動装置の構成と似通っている。以下、ｚ移動装置５２の構成について説明する。
【００７８】
５３は台座（第２の台座）であり、慣性移動体１９に続く台座５３は、Ｌ字状に形成されている。台座５３の表面Ｇには、３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。
【００７９】
これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体５４，５５，５６は、一端が台座５３に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球５７，５８，５９とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｚ方向に変位する。
【００８０】
各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の台座５３への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座５３には、その三角形の重心位置に貫通孔６０が開けられている。
【００８１】
図１２において、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、ｚ移動体６１は、前記駆動体５４，５５，５６上に配置されている。このｚ移動体６１には貫通孔６２が開けられている。また、ｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６３が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる三角溝６４が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【００８２】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【００８３】
これらのインシュレータ６３，６４，６７，６８は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータ６３にそれぞれ当接している。
【００８４】
また、図１２において、６９は上盤である。上盤６９の裏面Ｊには、３つの駆動体７０，７１，７２が取り付けられている。
【００８５】
これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体７０，７１，７２は、一端が上盤６９に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球７３，７４，７５とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００８６】
各ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の上盤６９への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤６９には、その三角形の重心位置に貫通孔７６が開けられている。
【００８７】
そして、図１２に示すように、ピエゾスキャナＰ１０先端に取り付けられたルビー球７３は前記平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１１先端に取り付けられたルビー球７４は同じく平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１２先端に取り付けられたルビー球７５は前記Ｖ字状インシュレータ６７にそれぞれ当接している。また、図１２から分かるように、ピエゾスキャナＰ１０を有する駆動体７０はｚ移動体６１を介して前記駆動体５４に、ピエゾスキャナＰ１１を有する駆動体７１はｚ移動体６１を介して前記駆動体５５に、ピエゾスキャナＰ１２を有する駆動体７２はｚ移動体６１を介して前記駆動体５６にそれぞれ対向している。
【００８８】
図１２中、７７は回動部材である。回動部材７７の一端はビス７８によって台座５３に、回動部材７７の他端はビス７９によって台座５３に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材７７は、ビス７８，７９を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００８９】
そして、回動部材７７の前方両側には、ピン８０，８１が固定されている。ピン８０にはスプリング８２の一端が引っ掛けられ、ピン８１にはスプリング８３の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング８２の他端は、前記台座５３の下部側面に固定されたピン８４に引っ掛けられ、スプリング８３の他端は、台座５３の下部側面に固定されたピン８５に引っ掛けられている。
【００９０】
これらスプリング８２，８３の作用により、回動部材７７は台座５３のピン８４，８５方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤６９は、回動部材７７によって台座５３に押し付けられている。この際、回動部材７７の上部に設けられた凸部８６が上盤６９の上部側面に当接し、また、上盤６９の下部側面に設けられた凸部８７が台座５３の溝８８にはまって当接している。
【００９１】
また、ボルト８９が、上盤６９の貫通孔７６に挿入されており、ボルト８９にねじ込まれたナット９０が上盤６９の表面Ｋに当接して、ボルト８９は止まっている。ボルト８９先端に開けられた孔９１には、スプリング９２の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング９２の他端は、前記ｚ移動体６１の貫通孔６２と、前記台座５３の貫通孔６０とを通って、台座５３の裏面側に配置された平行ピン９３に引っ掛けられている。
【００９２】
このスプリング９２の作用により、上盤６９は、台座５３の表面Ｇの方へ引っ張られ、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。
【００９３】
このように、図１２の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、台座５３側の駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する上盤６９側の駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２の一端は、台座５３上において、駆動体５４，５５，５６の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング９２の他端は、上盤６９上において、駆動体７０，７１，７２の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００９４】
このような駆動体の配置と、スプリング９２の取付位置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【００９５】
以上、図１２の装置構成について説明したが、基本的な動作は実施例１と同様である。つまり、慣性移動体が、▲１▼ｘｙ方向、▲２▼上下微調整及び▲３▼おあり方向への移動を行う。
▲１▼ｘｙ方向への移動： 実施例１におけるｘｙ方向への移動と同様である。つまり、図９の様な電気信号を供給することにより、図３〜６の様に、慣性移動体がｘ方向に移動する。ｙ方向に移動させる場合も同様である。これにより、慣性移動体は任意のｘｙ方向に移動することができる。
▲２▼上下微調整： 実施例１における上下微調整と同様である。つまり、図１０の様な電気信号を供給することにより、図７の様に、慣性移動体がｚ方向に移動する。
▲３▼あおり方向への移動： 実施例１におけるあおり方向への移動と同様である。つまり、図１１の様な電気信号を供給することにより、図８の様に、慣性移動体があおり移動を行う。
【００９６】
（実施例３）図１３及び図１４は、本発明の移動ステージ装置の他の一例を示した図である。図１３（ａ）は移動ステージ装置を上から見た図である。図１３（ｂ）は移動ステージ装置を横から見た図である。図１４は移動ステージ装置の主要部品の分解図である。実施例１と同一名称の構成要素には同一番号を付す。図１３、１４において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されており、底辺中央部には四角形の貫通穴が設けられている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００９７】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体１２，１３，１４は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００９８】
図１３、１４中、１９ａ及び１９ｂは慣性移動体（第１の移動体）であり、慣性移動体は第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂから構成されている。慣性移動体１９ａ、１９ｂは、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。第１の挟持体１９ａは水平面ｂ、ｃを有する水平板と挟持面Ｌを有する垂直板から構成されている。第１の挟持体１９ａの水平板下面Ｂには、１つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１が取り付けられている。さらに第１の挟持体１９ａの水平板上面Ｃには、１つの正方形状のインシュレータ２４が取り付けられている。第１の挟持体１９ａの垂直板には、挟持面Ｌに３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。この３つの駆動体５４，５５，５６で、本発明における第３の駆動体が構成されている。これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体５４，５５，５６は、一端が垂直板の挟持面Ｌに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球５７，５８，５９とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００９９】
また、第２の挟持体１９ｂは２つに分割された水平板と貫通孔のある挟持面Ｍを有する垂直板から構成されている。第２の挟持体１９ｂの水平板下面には、２つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２２、２３が取り付けられている。さらに第２の挟持体１９ｂの水平板上面には、正方形状のインシュレータ２５、２６が取り付けられている。第２の挟持体１９ｂの垂直板の挟持面Ｍには、３つの駆動体７０、７１、７２が取り付けられている。この３つの駆動体７０、７１、７２で、本発明における第４の駆動体が構成されている。これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体７０，７１，７２は、一端が垂直板の挟持面Ｍに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球７３，７４，７５とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【０１００】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１６はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂは後述するｚ移動体（第２移動体）を挟持し、第２の挟持体１９ｂの垂直板の貫通穴には第２移動体の水平板が貫通する。
【０１０１】
また、図１３、１４において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【０１０２】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙｚ方向に変位する。
【０１０３】
そして、図１３、１４に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図１３（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８は慣性移動体１９ａを介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９は慣性移動体１９ｂを介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０は慣性移動体１９ｂを介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【０１０４】
そして、上盤２７の一端両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。これらスプリング４０，４１の作用により、上盤２７は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られる。
【０１０５】
スプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの一端はそれぞれ上盤２７に平行ピン５１で止められ、他端は台座１１に平行ピン５１で止められている。このスプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、慣性移動体１９ａ、１９ｂは、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【０１０６】
ここまで説明したように、図１３、１４の移動ステージ装置においては、慣性移動体１９ａ、１９ｂは、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。
【０１０７】
図１３、１４中、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、平行板と被挟持面Ｈ、Ｉを有する垂直板から構成されている。ｚ移動体６１の垂直板は、前記駆動体５４，５５，５６に接して配置されている。このｚ移動体６１の平行板には貫通孔６２が開けられており、スプリング５０ｃが貫通する。また、ｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータが取り付けられている。さらにｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる２本の三角溝が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【０１０８】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる２本の三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【０１０９】
これらのインシュレータは、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータに、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータに、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータにそれぞれ当接している。
【０１１０】
このように、図１３、１４の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、第１の挟持体１９ａの駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する第２の挟持体１９ｂの駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２ａ、９２ｂの一端は第１の挟持体１９ａにピンで固定され、前記スプリング９２ａ、９２ｂの他端は第２の挟持体１９ｂにピンで固定されている。
【０１１１】
このような駆動体の配置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【０１１２】
図１３、１４のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極＋Ｘは全てｘ方向を向いており、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極−Ｘは全て−ｘ方向を向いている。ｙ方向も同様である。図３、４のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２の電極＋Ｘは全てｚ方向を向いており、電極−Ｘは全て−ｚ方向を向いている。
【０１１３】
また、図１３、１４において、９４は電圧電源装置であり、電圧電源装置９４は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の各電極間に前記電圧±Ｖｘ、±Ｖｙ、±Ｖｚを印加するためのものである。電圧電源装置９４の制御は、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【０１１４】
図１５は、図１３におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。図１５（ａ）は図３における矢視００である。図１５（ｂ）は図１３における矢視ＰＰである。図１５（ｃ）は図３における矢視ＱＱである。図１５（ｄ）は図１３における矢視ＲＲである。
【０１１５】
以上、図１３、１４の装置構成について説明したが、基本的な動作は実施例１と同様である。つまり、慣性移動体が、▲１▼ｘｙ方向、▲２▼ｚ方向及び▲３▼おあり方向への移動を行う。
▲１▼ｘｙ方向への移動： 実施例１におけるｘｙ方向への移動と同様である。つまり、図９の様な電気信号を供給することにより、図３〜６の様に、図１３における慣性移動体１９ａ、ｂがｘ方向に移動する。ｙ方向に移動させる場合も同様である。これにより、慣性移動体は任意のｘｙ方向に移動する。
▲２▼上下微調整： 実施例１における上下微調整と同様である。つまり、図１０の様な電気信号を供給することにより、図７の様に、図１３における慣性移動体１９ａ、ｂがｚ方向に移動する。
▲３▼あおり方向への移動： 実施例１におけるあおり方向への移動と同様である。つまり、図１１の様な電気信号を供給することにより、図８の様に、図１３における慣性移動体１９ａ、ｂがあおり方向に移動する。
【０１１６】
（実施例４）図１６は、図１３の移動ステージ装置を備えた走査形トンネル顕微鏡の例を示したものである。図１６において、１００は図１３の移動ステージ装置を示している。この移動ステージ装置１００のｚ移動体１０１上には、ｘ，ｙ，ｚ方向に変位自在なチューブピエゾスキャナ１０２が配置されている。そして、ピエゾスキャナ１０２の先端には、導電性の探針１０３が取り付けられている。探針１０３は電極１０４を取り付けられる構造をとり、その電極１０４はＳＰＭユニット１０５に電気的に接続されている。また図１６において、１０６は試料であり、試料１０６を載置している試料ステージ１０７は、試料台１０８上に置かれている。前記移動ステージ装置１００は、この試料台１０８上に置かれている。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０９により、試料１０６を観察可能に構成されている。
【０１１７】
このような装置において、移動ステージ装置１００と、新たに取り付けられたピエゾスキャナ１０２が移動されて、試料１０６の任意の場所に探針先端が近付けられる。このときの探針先端の位置決めは、試料上部に取り付けられたＳＥＭ１０９による試料観察を行いながら行われる。
【０１１８】
また、探針１０３と試料１０６間には適切なバイアス電圧が印加されており、探針と試料間に流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５においてモニタリングされている。そして、ＳＰＭユニット１０５は、そのモニタ電流に基づき、探針先端が試料表面に接触するようにピエゾスキャナ１０２のｚ動を制御する。その後、探針を流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５で検出され、試料上の微小領域での電流検出測定が行われる。ピエゾスキャナ１０２は、試料ステージ１０７に設置されていても良い。また、ｚ移動体１０１には、走査形トンネル顕微鏡の探針の替わりに原子間力顕微鏡の探針ユニットが設置されていてもよい。
【０１１９】
以上、本発明を例を挙げて説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、本発明の移動ステージ装置は、ＳＰＭ以外の微動が必要な装置に適用することが可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、慣性移動ステージ装置に用いられるピエゾスキャナにｚ方向の変位も加えることにより、変位後のピエゾスキャナを元の位置に戻すときにはピエゾスキャナを縮めてステージ移動に影響を及ぼさないようにし、より正確なｘｙ方向への移動が実現できる。また、ステージのｚ方向への微調整、あおり方向の動き及び回転方向への動きを実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る移動ステージ装置に用いるピエゾスキャナを示した図である。
【図２】本発明に係る移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図３】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図４】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図５】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図６】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図７】図２における慣性移動体の上下微調整を説明するために示した図である。
【図８】図２における慣性移動体のおあり方向への移動を説明するために示した図である。
【図９】慣性移動体をｘｙ方向に変位させるための電圧信号を示した図である。
【図１０】慣性移動体をｚ方向に変位させるための電圧信号を示した図である。
【図１１】慣性移動体をあおり方向に変位させるための電圧信号を示した図である。
【図１２】本発明に係る移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図１３】本発明に係る移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図１４】図１３における移動ステージの主要部品の分解図である。
【図１５】図１３におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。
【図１６】図１３の移動ステージ装置を備えた走査形プローブ顕微鏡の例を示した図である。
【図１７】従来技術の移動ステージ装置に用いるピエゾスキャナを示した図である。
【図１８】従来技術の移動ステージ装置を示す図である。
【図１９】図２における慣性移動体の回転方向への移動を説明するために示した図である。
【符号の説明】
１１…台座、１２、１３、１４…第１の駆動体、１９…慣性移動体（第１の移動体）、１９ａ…第１の挟持体、１９ｂ…第２の挟持体、２７…上盤、２８、２９、３０…第２の駆動体、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…スプリング、５３…第２の台座、５４、５５、５６…第３の駆動体、６１…ｚ移動体（第２の移動体）、６９…第２の上盤、７０、７１、７２…第４の駆動体、９２、９２ａ、９２ｂ…スプリング、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１ １、Ｐ１２…ピエゾスキャナ
Claims (6)
- 台座と、
ピエゾスキャナを有し前記台座に取り付けられた第１の駆動体と、
上盤と、
ピエゾスキャナを有し前記上盤に取り付けられた第２の駆動体と、
前記第１の駆動体と前記第２の駆動体とで挟持された第１の移動体と、
前記台座の駆動体側と前記上盤の駆動体側が向き合った状態において上盤を台座の方へ力を加える第１の力を加える手段と、
を備えた移動ステージ装置において、
前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、
前記第１の駆動体及び第２の駆動体の前記ピエゾスキャナへの電圧印加による変形によって前記第１の移動体がｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする移動ステージ装置。 - 前記第１の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、
前記第２の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動ステージ装置。 - 前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙｚ変位を制御するスキャナ制御手段を備え、
個々の前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙｚ変位は独立に制御自在な請求項１又は２に記載の移動ステージ。 - ｚ移動装置が前記第１の移動体に接続されており、前記ｚ移動装置は、
第２の台座と、
ピエゾスキャナを有し、前記第２の台座に取り付けられた第３の駆動体と、
第２の上盤と、
ピエゾスキャナを有し、前記第２の上盤に取り付けられた第４の駆動体と、
前記第３の駆動体と前記第４の駆動体とで挟持された第２の移動体と、
前記第２の台座の駆動体側と前記第２の上盤の駆動体側とが向き合った状態において、第２の上盤を第２の台座の方へ力を加える第２の力を加える手段とを備え、
前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、
前記第３の駆動体と第４の駆動体のピエゾスキャナへの電圧印加による変形によって前記第２の移動体はｚ方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の移動ステージ装置。 - 前記第１の移動体がそれぞれ挟持面を有する第１の挟持体と第２の挟持体より構成された請求項１乃至３の何れかに記載された移動ステージ装置であって、
前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、
第２の移動体と、
ピエゾスキャナを有し、前記第１の挟持体の挟持面に取り付けられた第３の駆動体と、
ピエゾスキャナを有し、前記第２の挟持体の挟持面に取り付けられた第４の駆動体とを備え、
前記第２の移動体が前記第３の駆動体を介して前記第１の挟持体の挟持面と前記第４の駆動体を介して前記第２の挟持体の挟持面で挟持されて、前記２つの挟持体と一体としてｘｙｚ方向に移動自在であることを特徴とする移動ステージ装置。 - 試料と前記試料に対向した探針を備え、前記探針が請求項１乃至５の何れかに記載の移動ステージ装置に設置されている走査形プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003175826A JP2005010058A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003175826A JP2005010058A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005010058A true JP2005010058A (ja) | 2005-01-13 |
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ID=34098858
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003175826A Withdrawn JP2005010058A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005010058A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008261675A (ja) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | National Institute For Materials Science | ナノアクチュエータ |
| CN108811296A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-13 | 中国原子能科学研究院 | 一种强流回旋加速器束流调试装置及束流调试方法 |
-
2003
- 2003-06-20 JP JP2003175826A patent/JP2005010058A/ja not_active Withdrawn
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| CN108811296A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-13 | 中国原子能科学研究院 | 一种强流回旋加速器束流调试装置及束流调试方法 |
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