JP2760404B2 - 微動機構 - Google Patents
微動機構Info
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- JP2760404B2 JP2760404B2 JP1182503A JP18250389A JP2760404B2 JP 2760404 B2 JP2760404 B2 JP 2760404B2 JP 1182503 A JP1182503 A JP 1182503A JP 18250389 A JP18250389 A JP 18250389A JP 2760404 B2 JP2760404 B2 JP 2760404B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine movement
- rigid
- fine
- movement mechanism
- units
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超精密加工、半導体製造装置、電子顕微鏡
等のサブμｍオーダーの調節を必要とする装置に使用さ
れる微動機構に関する。
等のサブμｍオーダーの調節を必要とする装置に使用さ
れる微動機構に関する。
近年、各種技術分野においては、サブμｍのオーダー
の微細な変位調節が可能である装置が要望されている。
その典型的な例がLSI（大規模集積回路）、超LSIの製造
工程において使用されるマスクアライナ、電子線描画装
置等の半導体製造装置である。これらの装置において
は、サブμｍオーダーの微細な位置決めが必要であり、
位置決めの精度が向上するにしたがつてその集積度も増
大し、高性能の製品を製造することができる。このよう
な微細な位置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕微
鏡をはじめとする各種の高倍率光学装置や超精密加工装
置等においても必要であり、その精度向上により、バイ
オテクノロジ、宇宙開発等の先端技術においてもそれら
の発展に大きく寄与するものである。以下、このような
微細な位置決めを行なう微動機構を図により説明する。
の微細な変位調節が可能である装置が要望されている。
その典型的な例がLSI（大規模集積回路）、超LSIの製造
工程において使用されるマスクアライナ、電子線描画装
置等の半導体製造装置である。これらの装置において
は、サブμｍオーダーの微細な位置決めが必要であり、
位置決めの精度が向上するにしたがつてその集積度も増
大し、高性能の製品を製造することができる。このよう
な微細な位置決めは上記半導体装置に限らず、電子顕微
鏡をはじめとする各種の高倍率光学装置や超精密加工装
置等においても必要であり、その精度向上により、バイ
オテクノロジ、宇宙開発等の先端技術においてもそれら
の発展に大きく寄与するものである。以下、このような
微細な位置決めを行なう微動機構を図により説明する。
第２図は従来の微動機構の平面図である。図で、１は適
宜な手段で固定された剛体 部、２は剛体部１と対向す
る剛体部、3,4はそれぞれ剛体部1,2をそれらの左右端で
連結する弾性を有する平板である。各平板3,4は互いに
平行な関係にある。５は剛体部１から突出した突起、６
は剛体部２から突出した突起、７は突起5,6間に装着さ
れた圧電アクチユエータである。圧電アクチユエータ７
は突起5,6に例えば接着剤により固着される。８は平板
４の所定個所に貼着されたひずみゲージである。これら
により微動機構10が構成される。なお、X,Y,Zは座標軸
を示し、Ｚ軸は紙面に垂直方向である。この微動機構10
はＹ軸方向およびＺ軸方向には高い剛性を有する。
宜な手段で固定された剛体 部、２は剛体部１と対向す
る剛体部、3,4はそれぞれ剛体部1,2をそれらの左右端で
連結する弾性を有する平板である。各平板3,4は互いに
平行な関係にある。５は剛体部１から突出した突起、６
は剛体部２から突出した突起、７は突起5,6間に装着さ
れた圧電アクチユエータである。圧電アクチユエータ７
は突起5,6に例えば接着剤により固着される。８は平板
４の所定個所に貼着されたひずみゲージである。これら
により微動機構10が構成される。なお、X,Y,Zは座標軸
を示し、Ｚ軸は紙面に垂直方向である。この微動機構10
はＹ軸方向およびＺ軸方向には高い剛性を有する。
圧電アクチユエータ７に電圧を印加すると、圧電アク
チユエータ７が伸長して突起６を押圧する。これによ
り、平板3,4は破線のように変形し、剛体部２は剛体部
１に対してＸ軸方向に長さuxだけ並進変位する。この変
位量uxは圧電アクチユエータ７に印加される電圧によ
り、サブミクロンオーダーで調節することができる。
又、変位量uxはひずみゲージ８のひずみ量により知るこ
とができる。
チユエータ７が伸長して突起６を押圧する。これによ
り、平板3,4は破線のように変形し、剛体部２は剛体部
１に対してＸ軸方向に長さuxだけ並進変位する。この変
位量uxは圧電アクチユエータ７に印加される電圧によ
り、サブミクロンオーダーで調節することができる。
又、変位量uxはひずみゲージ８のひずみ量により知るこ
とができる。
ところで、実際の装置においては、一軸方向のみでな
く一平面（二軸方向）において自由に位置決めを実施す
ることができる微動機構が必要とされる場合が多い。こ
れに応じるため、第２図に示す微動機構10を１つの単位
（微動ユニツト）とし、この微動ユニツトを組合せた構
造の２軸並進の微動機構が提案されている。以下、この
ような微動機構について説明する。
く一平面（二軸方向）において自由に位置決めを実施す
ることができる微動機構が必要とされる場合が多い。こ
れに応じるため、第２図に示す微動機構10を１つの単位
（微動ユニツト）とし、この微動ユニツトを組合せた構
造の２軸並進の微動機構が提案されている。以下、この
ような微動機構について説明する。
第３図は従来の２軸並進の微動機構の平面図である。
図で、第２図に示す部分と同一又は等価な部分には同一
符号が付してある。10XはＸ軸方向の並進変位を行なう
微動ユニツト（第２図に示す微動機構10と等価の構造、
以下同じ）、10YはＹ軸方向の並進変位を行なう微動ユ
ニツトを示す。微動ユニツト10X,10YはＸ軸方向に積層
され、微動ユニツト10Xの剛体部１と微動ユニツト10Yの
剛体部２とは一体に構成されている。微動ユニツト10X
の剛体部２は、微動ユニツト10Xの圧電アクチユエータ
７が駆動されることによりＸ軸方向に並進変位し、微動
ユニツト10Yの圧電アクチユエータ７が駆動されること
によりＹ軸方向に並進変位する。これにより、この微動
機構はＸ軸およびＹ軸の２軸方向の並進変位が可能とな
る。
図で、第２図に示す部分と同一又は等価な部分には同一
符号が付してある。10XはＸ軸方向の並進変位を行なう
微動ユニツト（第２図に示す微動機構10と等価の構造、
以下同じ）、10YはＹ軸方向の並進変位を行なう微動ユ
ニツトを示す。微動ユニツト10X,10YはＸ軸方向に積層
され、微動ユニツト10Xの剛体部１と微動ユニツト10Yの
剛体部２とは一体に構成されている。微動ユニツト10X
の剛体部２は、微動ユニツト10Xの圧電アクチユエータ
７が駆動されることによりＸ軸方向に並進変位し、微動
ユニツト10Yの圧電アクチユエータ７が駆動されること
によりＹ軸方向に並進変位する。これにより、この微動
機構はＸ軸およびＹ軸の２軸方向の並進変位が可能とな
る。
第３図に示す微動機構の構造は、図から明らかなよう
に片持ち梁の構造となる。ところで、２軸並進の微動機
構はＺ軸方向の厚みの小さい薄型とされるのが通常であ
るから、第３図に示す片持ち梁の形の微動機構は、外力
に対してＺ軸方向の剛性が弱くなるという問題が生じ
る。そこで、第３図に示す微動機構のように片持ち梁の
構造とはならない微動機構が提案されている。これを第
４図により説明する。
に片持ち梁の構造となる。ところで、２軸並進の微動機
構はＺ軸方向の厚みの小さい薄型とされるのが通常であ
るから、第３図に示す片持ち梁の形の微動機構は、外力
に対してＺ軸方向の剛性が弱くなるという問題が生じ
る。そこで、第３図に示す微動機構のように片持ち梁の
構造とはならない微動機構が提案されている。これを第
４図により説明する。
第４図は他の従来の微動機構の平面図である。図で、
第２図に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号が
付してある。10X1,10X2はＸ軸方向の並進変位を行なう
微動ユニツト、10Y1,10Y2はＹ軸方向の並進変位を行な
う微動ユニツトである。微動ユニツト10X1,10X2は線Ｉ
−Ｉについて対称位置に配置され、微動ユニツト10Y1,1
0Y2は線Ｊ−Ｊについて対称位置に配置されている。そ
して、微動ユニツト10X1,10X2の剛体部１と微動ユニツ
ト10Y1,10Y2の剛体部２とは一体となつて中心剛体部12
を構成している。図示されていないが微動ユニツト10
X1,10X2の両剛体部２に跨って剛体の微動テーブルが連
結されている。微動ユニツト10X1,10X2の圧電アクチユ
エータ７を駆動することにより、微動テーブルはＸ軸方
向に並進変位し、微動ユニツト10Y1,10Y2の圧電アクチ
ユエータ７を駆動することにより、微動テーブルはＹ軸
方向に並進変位する。
第２図に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号が
付してある。10X1,10X2はＸ軸方向の並進変位を行なう
微動ユニツト、10Y1,10Y2はＹ軸方向の並進変位を行な
う微動ユニツトである。微動ユニツト10X1,10X2は線Ｉ
−Ｉについて対称位置に配置され、微動ユニツト10Y1,1
0Y2は線Ｊ−Ｊについて対称位置に配置されている。そ
して、微動ユニツト10X1,10X2の剛体部１と微動ユニツ
ト10Y1,10Y2の剛体部２とは一体となつて中心剛体部12
を構成している。図示されていないが微動ユニツト10
X1,10X2の両剛体部２に跨って剛体の微動テーブルが連
結されている。微動ユニツト10X1,10X2の圧電アクチユ
エータ７を駆動することにより、微動テーブルはＸ軸方
向に並進変位し、微動ユニツト10Y1,10Y2の圧電アクチ
ユエータ７を駆動することにより、微動テーブルはＹ軸
方向に並進変位する。
第４図に示す微動機構は、片持ち梁構造とはならず、
安定した精度の高い２軸の並進変位を行なうことができ
る。しかしながら、この微動機構は、各微動ユニツト10
X1,10X2,10Y1,10Y2が四方に張り出し、全体の外形寸法
が大きくなるという問題があつた。
安定した精度の高い２軸の並進変位を行なうことができ
る。しかしながら、この微動機構は、各微動ユニツト10
X1,10X2,10Y1,10Y2が四方に張り出し、全体の外形寸法
が大きくなるという問題があつた。
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、安定した高精度の２軸並進変位を行なうことがで
き、しかも外形寸法が小形である微動機構を提供するに
ある。
し、安定した高精度の２軸並進変位を行なうことがで
き、しかも外形寸法が小形である微動機構を提供するに
ある。
上記の目的を達成するために、本願発明は、２つの剛
体部と、これら剛体部を連結する複数の平板状弾性部材
と、前記各剛体部間に装架されこれら剛体部間に相対変
位を発生させる変位発生素子と、で構成される微動ユニ
ットを平面状に４つ組合せて互いに直交する方向の変位
を発生させる微動機構において、前記４つの微動ユニッ
トのすべてが、その一方の平板状弾性部材と他の微動ユ
ニットの一方の剛体部の外側とが間隙を介して隣接せし
められ、かつ、当該一方の剛体部のすべてが連結される
態様で組合わされているとともに、変位方向が同じ２つ
の微動ユニットの他方の剛体部間に跨って微動テーブル
が連結されていることを特徴とする。
体部と、これら剛体部を連結する複数の平板状弾性部材
と、前記各剛体部間に装架されこれら剛体部間に相対変
位を発生させる変位発生素子と、で構成される微動ユニ
ットを平面状に４つ組合せて互いに直交する方向の変位
を発生させる微動機構において、前記４つの微動ユニッ
トのすべてが、その一方の平板状弾性部材と他の微動ユ
ニットの一方の剛体部の外側とが間隙を介して隣接せし
められ、かつ、当該一方の剛体部のすべてが連結される
態様で組合わされているとともに、変位方向が同じ２つ
の微動ユニットの他方の剛体部間に跨って微動テーブル
が連結されていることを特徴とする。
４つの微動ユニットのうち、平板状弾性部材が並行と
なる２つの微動ユニットにおいて、当該微動ユニットの
平板状弾性部材と隣接する他の２つの微動ユニットの各
剛体部を固定した状態で、当該微動ユニットの各変位発
生素子を駆動すると、他の微動ユニットの平板状弾性部
材と隣接しない側の各剛体部は第１の方向に並進変位
し、それに伴って、並進変位する各剛体部に跨って連結
された微動テーブルも同方向に変位する。又、上記他の
２つの微動ユニットの各変位発生素子を駆動すると、他
の微動ユニットの平板状弾性部材と隣接しない側の各剛
体部は第２の方向に並進変位し、それに伴って、並進変
位する各剛体部に跨って連結された微動テーブルも同方
向に変位する。
なる２つの微動ユニットにおいて、当該微動ユニットの
平板状弾性部材と隣接する他の２つの微動ユニットの各
剛体部を固定した状態で、当該微動ユニットの各変位発
生素子を駆動すると、他の微動ユニットの平板状弾性部
材と隣接しない側の各剛体部は第１の方向に並進変位
し、それに伴って、並進変位する各剛体部に跨って連結
された微動テーブルも同方向に変位する。又、上記他の
２つの微動ユニットの各変位発生素子を駆動すると、他
の微動ユニットの平板状弾性部材と隣接しない側の各剛
体部は第２の方向に並進変位し、それに伴って、並進変
位する各剛体部に跨って連結された微動テーブルも同方
向に変位する。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明の実施例に係る微動機構の平面図であ
る。図で、第２図に示す部分と同一又は等価な部分には
同一符号を付して説明を省略する。20X1,20X2はＸ軸方
向の並進変位を行なう微動ユニツト、20Y1,20Y2はＹ軸
方向の並進変位を行なう微動ユニツトである。
る。図で、第２図に示す部分と同一又は等価な部分には
同一符号を付して説明を省略する。20X1,20X2はＸ軸方
向の並進変位を行なう微動ユニツト、20Y1,20Y2はＹ軸
方向の並進変位を行なう微動ユニツトである。
上記微動機構において、微動ユニツト20X1の平板３と
微動ユニツト20Y1の剛体部２の外側面とは間隙S1を介し
て隣接配置され、微動ユニツト20Y1の平板４と微動ユニ
ツト20X2の剛体部１の外側面とは間隙S2を介して隣接配
置される。又、微動ユニツト20X2の平板４と微動ユニツ
ト20Y2の剛体部２の外側面とは間隙S3を介して隣接配置
され、微動ユニツト20Y2の平板３と微動ユニツト20X1の
剛体部１の外側面とは間隙S4を介して隣接配置される。
そして、微動ユニツト20X1,20X2の剛体部１および微動
ユニツト20Y1,20Y2の剛体部２は一体に連結される。
微動ユニツト20Y1の剛体部２の外側面とは間隙S1を介し
て隣接配置され、微動ユニツト20Y1の平板４と微動ユニ
ツト20X2の剛体部１の外側面とは間隙S2を介して隣接配
置される。又、微動ユニツト20X2の平板４と微動ユニツ
ト20Y2の剛体部２の外側面とは間隙S3を介して隣接配置
され、微動ユニツト20Y2の平板３と微動ユニツト20X1の
剛体部１の外側面とは間隙S4を介して隣接配置される。
そして、微動ユニツト20X1,20X2の剛体部１および微動
ユニツト20Y1,20Y2の剛体部２は一体に連結される。
さらに、微動ユニツト20X1の剛体部２の外側面と微動
ユニツト20Y1の平板３とはほぼ一平面となるように配置
され、同じく、微動ユニツト20Y1の剛体部１の外側面と
微動ユニツト20X2の平板３、微動ユニツト20X2の剛体部
２の外側面と微動ユニツト20Y2の平板４、および微動ユ
ニツト20Y2の剛体部１の外側面と微動ユニツト20X1の平
板４とはそれぞれほぼ同一平面となるように配置され
る。
ユニツト20Y1の平板３とはほぼ一平面となるように配置
され、同じく、微動ユニツト20Y1の剛体部１の外側面と
微動ユニツト20X2の平板３、微動ユニツト20X2の剛体部
２の外側面と微動ユニツト20Y2の平板４、および微動ユ
ニツト20Y2の剛体部１の外側面と微動ユニツト20X1の平
板４とはそれぞれほぼ同一平面となるように配置され
る。
今、各微動ユニツト20X1,20X2,20Y1,20Y2の寸法が同
一であり、かつ、各間隙S1〜S4が同一間隙であるとする
と、微動ユニツト20X1と微動ユニツト20X2，および微動
ユニツト20Y1と微動ユニツト20Y2は、それぞれこの微動
機構の中心点Ｏに関して互いに点対称となるように配置
されていることとなる。
一であり、かつ、各間隙S1〜S4が同一間隙であるとする
と、微動ユニツト20X1と微動ユニツト20X2，および微動
ユニツト20Y1と微動ユニツト20Y2は、それぞれこの微動
機構の中心点Ｏに関して互いに点対称となるように配置
されていることとなる。
微動ユニツト20Y1,20Y2の剛体部を固定し、微動ユニ
ツト20X1,20X2の剛体部２に跨って剛体の微動テーブル
を連結した状態で、微動ユニツト20X1,20X2の圧電アク
チユエータ７を駆動すると、微動テーブルはＸ軸方向に
並進変位し、又、微動ユニツト20Y1,20Y2の圧電アクチ
ユエータ７を駆動すると、微動テーブルはＹ軸方向に並
進変位する。これにより、Ｘ軸およびＹ軸方向の２軸並
進変位を行なうことができる。
ツト20X1,20X2の剛体部２に跨って剛体の微動テーブル
を連結した状態で、微動ユニツト20X1,20X2の圧電アク
チユエータ７を駆動すると、微動テーブルはＸ軸方向に
並進変位し、又、微動ユニツト20Y1,20Y2の圧電アクチ
ユエータ７を駆動すると、微動テーブルはＹ軸方向に並
進変位する。これにより、Ｘ軸およびＹ軸方向の２軸並
進変位を行なうことができる。
上記のように構成したので、本実施例の微動機構は、
片持ち梁構造をもたず、したがつて安定した高精度の２
軸並進変位を行なうことができるとともに、第４図に示
す従来の微動機構のような張出し構造による無駄な空間
を省くことができ、全体構造を小形に構成することがで
きる。
片持ち梁構造をもたず、したがつて安定した高精度の２
軸並進変位を行なうことができるとともに、第４図に示
す従来の微動機構のような張出し構造による無駄な空間
を省くことができ、全体構造を小形に構成することがで
きる。
なお、上記実施例の説明では、変位発生素子として圧
電アクチユエータを用いる例について説明したが、電磁
式の直進モータ等を使用することもできる。又、微動ユ
ニツト20Y1,20Y2の剛体部を固定する例について説明し
たが、微動ユニツト20X1,20X2の剛体部を固定してもよ
いのは明らかである。
電アクチユエータを用いる例について説明したが、電磁
式の直進モータ等を使用することもできる。又、微動ユ
ニツト20Y1,20Y2の剛体部を固定する例について説明し
たが、微動ユニツト20X1,20X2の剛体部を固定してもよ
いのは明らかである。
以上述べたように、本発明では、４つの微動ユニツト
のすべてが、その一方の平板状弾性部材と他の微動ユニ
ツトの一方の剛体部とが間隙を介して隣接せしめられ、
かつ、内方にある各剛体部が連結されるような態様で組
合されているとともに、変位方向が同じ２つの微動ユニ
ットの他方の剛体部間に跨って微動テーブルが連結され
ているので、微動ユニットには片持ち梁構造は存在せ
ず、したがって、微動テーブルを安定した高精度の２軸
並進変位を行わせることができるとともに、微動機構全
体を小型に構成することができる。
のすべてが、その一方の平板状弾性部材と他の微動ユニ
ツトの一方の剛体部とが間隙を介して隣接せしめられ、
かつ、内方にある各剛体部が連結されるような態様で組
合されているとともに、変位方向が同じ２つの微動ユニ
ットの他方の剛体部間に跨って微動テーブルが連結され
ているので、微動ユニットには片持ち梁構造は存在せ
ず、したがって、微動テーブルを安定した高精度の２軸
並進変位を行わせることができるとともに、微動機構全
体を小型に構成することができる。
第１図は本発明の実施例に係る微動機構の平面図、第２
図、第３図および第４図はそれぞれ従来の微動機構の平
面図である。 1,2……剛体部、3,4……平板、７……圧電アクチユエー
タ、20X1,20X2,20Y1,20Y2……微動ユニツト、S1〜S4…
…間隙
図、第３図および第４図はそれぞれ従来の微動機構の平
面図である。 1,2……剛体部、3,4……平板、７……圧電アクチユエー
タ、20X1,20X2,20Y1,20Y2……微動ユニツト、S1〜S4…
…間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 ▲吉▼弘 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭64−88182（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G12B 5/00
Claims (1)
- 【請求項１】２つの剛体部と、 これら剛体部を連結する複数の平板状弾性部材と、 前記各剛体部間に装架されこれら剛体部間に相対変位を
発生させる変位発生素子と、 で構成される微動ユニットを平面状に４つ組合せて互い
に直交する方向の変位を発生させる微動機構において、 前記４つの微動ユニットのすべてが、その一方の平板状
弾性部材と他の微動ユニットの一方の剛体部の外側とが
間隙を介して隣接せしめられ、かつ、当該一方の剛体部
のすべてが連結される態様で組合わされているととも
に、変位方向が同じ２つの微動ユニットの他方の剛体部
間に跨って微動テーブルが連結されていることを特徴と
する微動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1182503A JP2760404B2 (ja) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 微動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1182503A JP2760404B2 (ja) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 微動機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0348192A JPH0348192A (ja) | 1991-03-01 |
| JP2760404B2 true JP2760404B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=16119433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1182503A Expired - Lifetime JP2760404B2 (ja) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 微動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760404B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6488182A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-03 | Toshiba Corp | Fine displacement table apparatus |
-
1989
- 1989-07-17 JP JP1182503A patent/JP2760404B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0348192A (ja) | 1991-03-01 |
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