JP2008032547A - ステージ基台およびステージ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】２方向に移動可能なステージ機構の構成を簡潔にする。
【解決手段】ステージ基台２０は可動部２１、固定部２２、および支持部２３を有する。可動部２１、固定部２２、および支持部２３を一体的に形成する。ステージ基台２０全体を弾性部材によって形成する。可動部２１を板状の４辺形に形成する。固定部２２を可動部の周囲を囲む枠状に形成する。支持部２３を可動部２１と固定部２２とに連結する。支持部２３を４本の腕部と４つの屈曲部により形成する。第１の屈曲部と可動部２１とを連結する。第１の屈曲部に相対する屈曲部を固定部２２に連結する。可動部２１と固定部２２とに第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂを挟持する。
【選択図】図７

Description

本発明は、同一平面上の２方向に微小移動可能で簡潔な構成のステージ機構および該ステージ機構に用いられるステージ基台に関する。

従来、平面を有するステージを平面上の２方向に移動させるステージ機構が知られている。ステージ機構は、例えば、微細な位置決めが求められる半導体の製造やデジタルカメラの撮像素子などを移動させるのに用いられる。

従来のステージ機構においては、固定板に可動板などを係合させ、固定板等と可動板などの間に圧電素子を設け、２方向への移動を実行していた（特許文献１参照）。

しかし、このように２方向への移動が可能なステージ機構では、必要な部品数が多く、機構が大型化することが問題であった。また、部品数が多くなるため、製造が煩雑であり、製造コストも大きかった。
特開平５−２５９２６３号公報

したがって、本発明では、２方向に移動可能なステージ機構の部品数の低減化、構成の簡潔化を目的とする。

本発明のステージ基台は、４つの屈曲部と４本の腕部とを有する４辺形に形成され４辺形に平行な平面である変形平面に沿って弾性変形する支持部と、第１の前記屈曲部に連結される可動部と、前記可動部の周囲に形成され第１の屈曲部と相対する第２の屈曲部に連結される固定部とを備え、可動部、固定部、および支持部が一体的に形成されることを特徴としている。

なお、第１、第２の屈曲部は変形平面方向において腕部より薄く形成されることが好ましい。

また、可動部には変形平面に平行な可動平面が形成されることが好ましい。

また、可動部は変形平面に平行な４辺である第１〜第４の可動辺を有する４辺形に形成され、支持部は複数設けられ第１の可動辺と第１の可動辺に隣り合う第２の可動辺それぞれにおいて第１の支持部と第２の支持部とが可動部に連結されることが好ましい。

また、第３、第４の可動辺それぞれにおいて第３、第４の支持部が可動部に連結されることが好ましい。

また、第１〜第４の可動辺すべてにおいて複数の支持部が可動部に連結されることが好ましい。

また、固定部には第１の可動辺および／または第２の可動辺に相対する位置に第１の可動辺および／または第２の可動辺との間隔を調整する位置調整部が設けられることが好ましい。

本発明のステージ機構は、４つの屈曲部と４本の腕部とを有する４辺形に形成され４辺形に平行な平面である変形平面に沿って弾性変形する支持部と第１の屈曲部に連結される可動部と可動部の周囲に形成され第１の屈曲部と相対する第２の屈曲部に連結される固定部とが一体的に形成されるステージ基台と、変形平面に平行な第１、第２の方向に伸縮し可動部と固定部との間に挟持される第１、第２の圧電素子とを備えることを特徴としている。

なお、固定部における第１、第２の圧電素子が設けられる位置に第１、第２の方向に沿った可動部と固定部との間隔を調整する第１、第２の位置調整部が設けられることが好ましい。

また、第１、第２の方向に沿った可動部の位置を検出する第１、第２の変位センサを備えることが好ましい。

本発明によれば、部品数の低減化、構成の簡潔化に寄与するステージ基台の作成が可能になる。したがって、本発明によるステージ基台を用いて、ステージ機構の部品数の低減化および構成の簡潔化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用したステージ機構を有するステージ装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。図１のステージ機構における下から上向きの方向を第１の方向、左から右向きの方向を第２の方向として表示する。

ステージ装置１０は、ステージ機構１１、第１、第２の駆動回路１２ａ、１２ｂ、制御回路１３によって構成される。ステージ機構１１は、ステージ基台（図１において図示せず）、第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂ、および第１、第２の変位センサ１５ａ、１５ｂによって構成される。

後述するように、ステージ基台２０には可動部（図１において図示せず）が設けられる。可動部は第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂにより、第１、第２の方向に沿って移動可能である。また、第１、第２の方向に沿った可動部の位置は、第１、第２の変位センサ１５ａ、１５ｂによって検出される。

第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂは、それぞれ第１、第２の駆動回路１２ａ、１２ｂに接続される。第１、第２の駆動回路１２ａ、１２ｂにより、第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂが駆動される。第１、第２の駆動回路１２ａ、１２ｂによる第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂの駆動は、制御回路１３に制御される。

第１、第２の変位センサ１５ａ、１５ｂは、制御回路１３に接続される。第１、第２の変位センサ１５ａ、１５ｂによって検出された第１、第２の方向に沿った可動部の変位が制御回路１３にデータとして送られる。制御回路１３による第１、第２の駆動回路１２ａ、１２ｂの制御は、第１、第２の方向に沿った可動部の変位に基づいて行なわれる。

次に、ステージ基台の構成について図２〜図５を用いて説明する。図２はステージ基台の平面図である。図３、図４、図５は、それぞれステージ基台の中で可動部、固定部、支持部を注視した平面図である。図２〜図５における下から上向きの方向を第１の方向、左から右向きの方向を第２の方向として表示する。

ステージ基台２０は、可動部２１、固定部２２、および支持部２３によって形成される。可動部２１、固定部２２、および支持部２３は一体的に形成される。また、ステージ基台２０は、全体的に弾性部材によって形成される。

可動部２１は、板状の４辺形に形成される（図３斜線部参照）。固定部２２は、可動部２１の周囲において、４辺を有する枠状に形成される（図４斜線部参照）。可動部２１のそれぞれの辺には２つの支持部２３が設けられる。また、それぞれの支持部２３は、固定部２２に連結される（図５斜線部参照）。なお、可動部２１には、例えば撮像素子（図示せず）が載置される。

図６に示すように、支持部２３は４本の腕部２３ａと４つの屈曲部２３ｂとによって４辺形状に形成される。互いに相対する２組の屈曲部２３ｂの対のうちの一方の対、すなわち四辺形状の対角線方向にある屈曲部２３ｂの対のうちの一方の対には連結部２３ｃが形成される。一方の連結部２３ｃが固定部２２に連結され、他方の連結部２３ｃは可動部２１に連結される。別言すると、４つの屈曲部２３ｂにおいて、Ａ方向およびＢ方向の両方向に最も離間した２つの屈曲部２３ｂに連結部２３ｃが形成される。

屈曲部２３ｂは腕部２３ａより薄く形成され、屈曲部２３ｂにおける可撓性は腕部２３ａの可撓性より大きくなる。そのため、屈曲部２３ｂにおいて支持部２３は可動可能である。したがって、支持部２３によってリンク機構が形成される。

また、前述のように支持部２３は弾性部材により形成され、４辺形を形成する平面（変形平面）に沿って弾性変形可能である。支持部２３には、連結部２３ｃを介して可動部２１および固定部２２から２方向（図６矢印Ａ、矢印Ｂ参照）の力がかけられる。可動部２１および固定部２２からの力がかかるとき、支持部２３は弾性変形し、可動部２１および固定部２２に対して逆向きの力が加えられる。なお、支持部２３の４辺形を形成する平面と可動部２１の板状平面が平行となるように、ステージ基台２０は形成される。

次にステージ機構１１の構成について図７を用いて説明する。図７は、ステージ機構１１の平面図である。前述のように、ステージ機構１１は、ステージ基台２０、第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂ、および第１、第２の変位センサ１５ａ、１５ｂによって構成される。

第１の圧電素子１４ａは、可動部２１の下側辺部と固定部２２の内壁面と間に挟持される。前述のように第１の圧電素子１４ａに電圧を印加することにより、第１の圧電素子１４ａにより、可動部２１が固定部２２に対して第１の方向に付勢される。一方、第１の圧電素子１４ａに印加する電圧を減少させるとき、弾性変形した支持部２３の復元力により可動部２１が固定部２２に対して第１の方向の逆方向に付勢される。

第２の圧電素子１４ｂは、可動部２１の右側辺部と固定部の内壁面との間に挟持される。前述のように第２の圧電素子１４ｂに電圧を印加することにより、第２の圧電素子１４ｂにより、可動部２１が固定部２２に対して第２の方向の逆方向に付勢される。一方、第２の圧電素子１４ｂに印加する電圧を減少させるとき、弾性変形した支持部２３の復元力により可動部２１が固定部２２に対して第２の方向に付勢される。

固定部２２における第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂを設ける位置には、固定土台２２ｂ、第１、第２の孔部２２ｈ１、２２ｈ２が形成される。固定土台２２ｂは固定部２２の内側方向に突出し、固定土台２２上に第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂが固定される。第１の孔部２２ｈ１は、固定土台２２ｂより外周方向の位置において固定部２２の厚さ方向に貫通する。第２の孔部２２ｈ２は、第１の孔部２２ｈ１から固定部２２の外壁面方向に貫通する。

第２の孔部２２ｈ２の内面には螺子山が形成される。第２の孔部２２ｈ２へ螺子を捩じ込むことにより、螺子が固定土台２２ｂを可動部２１方向に押圧可能である。第２の孔部２２ｈ２への螺子の捩じ込み量を調整することにより、可動部２１と固定土台２２ｂとの間隔を調整可能である。したがって、螺子の捩じ込み量を調整することにより、可動部に対する第１、第２の圧電素子１４ａ、１４ｂの位置決めの微調整が可能である。

第１の変位センサ１５ａは、可動部２１の上側辺部に相対する固定部２２の内壁面に設けられる。また、第２の変位センサ１５ｂは、可動部２１の左側辺部に相対する固定部２２の内壁面に設けられる。前述のように、第１、第２の変位センサ１５ａ、１５ｂにより固定部２２に対する可動部２１の第１、第２の方向に沿った位置が検出される。

以上のような構成であるステージ機構１１によれば、２方向に移動可能なステージ機構を少ない部品数で形成することが可能になる。特に、本実施形態のステージ基台２０を用いることにより部品数の削減と簡潔な構成が可能となる。

なお、本実施形態において、支持部２３は可動部２１の各辺に２つずつ設けられるが、いくらであってもよい。例えば、各辺の中央部に１つの支持部２３を設ける構成であってもよい。ただし、本実施形態のように、各辺の中央部を挟むように支持部２３を２箇所設けることにより、安定した姿勢で可動部２１を第１、第２の方向に移動させることが可能になる。

また、本実施形態において、支持部２３は可動部２１の各辺に設けられるが、４辺の中のいずれか１〜３辺に設けられてもよい。１辺にのみ支持部２３が設けられる構成であっても、支持部２３は第１、第２の方向のいずれにも弾性変形可能である。したがって、可動部２１を第１、第２の方向に移動させること、および移動させた後に元の形状に復元することが可能である。

また、本実施形態において、支持部２３を形成する屈曲部２３ｂは腕部２３ａより薄くなるように形成されるが、同じ厚さであってもよい。同じ厚さであっても、支持部２３が全体として第１、第２の方向に弾性変形可能で、かつ復元力を発揮することが出来るからである。ただし、本実施形態のように屈曲部２３ｂを薄く形成することにより、支持部２３をスムーズに弾性変形させることが可能になる。したがって、可動部２１の第１、第２の方向に沿った移動をスムーズに行うことが可能になる。

また、本実施形態において、固定部２２には、固定土台２２ｂ、第１、第２の孔部２２ｈ１、２２ｈ２が設けられる構成であるが、設けられなくてもステージ装置を簡易な構成で形成することは可能である。ただし、前述のように圧電素子の位置決めの微調整のためには、固定土台２２、第１、第２の孔部２２ｈ１、２２ｈ２が設けられることが好ましい。

また、本実施形態において、可動部２１および固定部２２は４辺形に形成されるが、４辺形でなくてもよい。可動部２１と固定部２２とによって圧電素子を挟持可能であれば、いかなる形状であってもよい。

また、本実施形態において、可動部２１は板状に形成され平面を有するが、平面を有さなくてもよい。可動部に別の部品を固定させる場合などにおいて平面でなくても本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。

本発明の一実施形態を適用したステージ機構を有するステージ装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。 ステージ基台の平面図である。 ステージ基台における可動部を注視した平面図である。 ステージ基台における固定部を注視した平面図である。 ステージ基台における支持部を注視した平面図である。 支持部の拡大図である。 ステージ機構の平面図である。

符号の説明

１０ ステージ装置
１１ ステージ機構
１４ａ、１４ｂ 第１、第２の圧電素子
１５ａ、１５ｂ 第１、第２の変位センサ
２０ ステージ基台
２１ 可動部
２２ 固定部
２２ｂ 固定土台
２２ｈ１、２２ｈ２ 第１、第２の孔部
２３ 支持部
２３ａ 腕部
２３ｂ 屈曲部
２３ｃ 連結部

Claims (10)

1. ４つの屈曲部と４本の腕部とを有する４辺形に形成され、前記４辺形に平行な平面である変形平面に沿って弾性変形する支持部と、
   第１の前記屈曲部に連結される可動部と、
   前記可動部の周囲に形成され、前記第１の屈曲部と相対する第２の前記屈曲部に連結される固定部とを備え、
   前記可動部、固定部、および支持部が一体的に形成される
   ことを特徴とするステージ基台。
2. 前記第１、第２の屈曲部は、前記変形平面方向において前記腕部より薄く形成されることを特徴とする請求項１に記載のステージ基台。
3. 前記可動部には、前記変形平面に平行な可動平面が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステージ基台。
4. 前記可動部は、前記変形平面に平行な４辺である第１〜第４の可動辺を有する４辺形に形成され、
   前記支持部は複数設けられ、前記第１の可動辺と前記第１の可動辺に隣り合う第２の可動辺それぞれにおいて、第１の前記支持部と第２の前記支持部とが前記可動部に連結される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のステージ基台。
5. 前記第３、第４の可動辺それぞれにおいて、第３、第４の前記支持部が前記可動部に連結されることを特徴とする請求項４に記載のステージ基台。
6. 前記第１〜第４の可動辺すべてにおいて、複数の前記支持部が前記可動部に連結されることを特徴とする請求項４に記載のステージ基台。
7. 前記固定部には、前記第１の可動辺および／または前記第２の可動辺に相対する位置に、前記第１の可動辺および／または前記第２の可動辺との間隔を調整する位置調整部が設けられることを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載のステージ基台。
8. ４つの屈曲部と４本の腕部とを有する４辺形に形成され、前記４辺形に平行な平面である変形平面に沿って弾性変形する支持部と、第１の前記屈曲部に連結される可動部と、前記可動部の周囲に形成され前記第１の屈曲部と相対する第２の前記屈曲部に連結される固定部とが一体的に形成されるステージ基台と、
   前記変形平面に平行な第１、第２の方向に伸縮し、前記可動部と前記固定部との間に挟持される第１、第２の圧電素子とを備える
   ことを特徴とするステージ機構。
9. 前記固定部における前記第１、第２の圧電素子が設けられる位置に、前記第１、第２の方向に沿った前記可動部と前記固定部との間隔を調整する第１、第２の位置調整部が設けられることを特徴とする請求項８に記載のステージ機構。
10. 前記第１、第２の方向に沿った前記可動部の位置を検出する第１、第２の変位センサを備えることを特徴とする請求項８に記載のステージ機構。

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