JP3349040B2 - 位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｙテーブル位置決
め駆動手段によってＹ軸方向に移動可能なＹテーブル
と，このＹテーブルとともにＹ軸方向に同期移動可能か
つＸテーブル位置決め駆動手段によってＸ軸方向に移動
可能なＸテーブルとを真空容器内に配設し、かつＹテー
ブル位置決め駆動手段の一部を構成するＹ駆動源および
Ｘテーブル位置決め駆動手段の一部を構成するＸ駆動源
を真空容器外に配設してなる位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造設備における電子ビ
ーム描画装置は、真空（例えば、１０^-6〜１０^-7トール
程度）中でウエハに電子線を用いて描画している。ま
た、走査型電子顕微鏡では真空（上記程度）中の検査対
象等に電子線を照射しつつその表面形態を観察してい
る。いずれの装置でもウエハ乃至検査対象等（以下、
“ワーク”と略称する。）を、電子銃に対してＹ軸およ
びこれに直交するＸ軸の方向に２次元的に移動変位（位
置決め）させつつ主（副）走査させて行う。

【０００３】かかる場合に採用される位置決め装置は、
精巧な動力変換機構や動力伝達機構等を有し、かつステ
ッピングモータや交流（直流）サーボモータを駆動源と
した位置決めコントローラで位置決め可能に構築されて
いる。しかも、真空条件の維持容易化のために全体とし
て真空室内に配設されている。さらに、主に駆動源から
発生される磁界が電子線を偏向させる等の悪影響を及ぼ
し易いことから、完璧な磁界シール構造とされている。
したがって、実用上の位置決め装置は、当然に、非常に
大型かつ高価であること周知である。

【０００４】これを基本としてＹ軸およびＸ軸のそれぞ
れに直交するＺ軸を中心に回転可能な回転テーブルを設
け、この回転テーブルを小角度（例えば、±２度）だけ
回動させてワークを位置決め可能に形成される場合があ
る。さらに、全体をＸ（またはＹ）軸を中心として傾斜
回動させて位置決め可能とするものもある。これら場合
には、一段と大型かつ高コストとなる。

【０００５】かくして、実用化に先立つ試験・実験や研
究・分析に供する位置決め装置は、場所的にも経済的に
も制約が多いことから、簡易型とせざるを得ない場合が
圧倒的に多い。

【０００６】すなわち、試験・研究等に供される従来の
位置決め装置は、図１１〜図１３に示す如く、基準ベー
ス１１Ｐに対してＹテーブル位置決め駆動手段７０Ｐに
よってＹ軸方向に移動可能なＹテーブル４０Ｐと、この
Ｙテーブル４０ＰとともにＹ軸方向に同期移動可能かつ
Ｘテーブル位置決め駆動手段５０ＰによってＸ軸方向に
移動可能なＸテーブル６０Ｐとを真空容器１内に配設
し、かつＹテーブル位置決め駆動手段７０Ｐの一部を構
成するＹ駆動源（７２Ｐ）およびＸテーブル位置決め駆
動手段５０Ｐの一部を構成するＸ駆動源（５２Ｐ）を真
空容器１外に配設した構成とされている。なお、６０Ｐ
をＹテーブル，４０ＰをＸテーブルとする場合もある。
すなわち、Ｙ軸方向とＸ軸方向とは、銘名の問題にすぎ
ない。

【０００７】詳しくは、装置本体１０Ｐは、図１２に示
す基準ベース１１Ｐとフランジ部２１Ｐと回動体２６Ｐ
とからなり、基準ベース１１Ｐは図１１に示す真空容器
１の容器本体２が形成する収容室３内および装着部４が
形成する装着室５内に収容される。すなわち、フランジ
部２１Ｐを装着部４の取付面に取付け、このフランジ部
２１Ｐに回動体２６Ｐを嵌装かつシール部７Ｐで気密し
ている。

【０００８】Ｙテーブル４０Ｐは、基準ベース１１Ｐに
対してＹ軸方向に移動可能に装着されかつＹバネ４１Ｐ
で動力伝達機構を形成する動力伝達シャフト７４Ｐにユ
ニバーサルジョイント７９を介して常時係合可能とされ
ている。また、Ｘテーブル６０Ｐは、図１２に示すよう
にＹテーブル４０Ｐ内にＸ軸方向に移動可能に装着され
かつ図１１に示すＸバネ１３Ｐでラック部材５７Ｐを介
してピニオンギヤ５６Ｐに常時押付けられている。

【０００９】ここに、Ｙテーブル位置決め駆動手段７０
Ｐは、図１１に示す回動体２６Ｐに気密取付けされたブ
ッシュ材３８ＰにＹ軸方向に摺動可能な動力伝達シャフ
ト７４Ｐと，ノブを回転させることによりスピンドルの
直線運動に変換するマイクロメータヘッド７２Ｐとから
なる。したがって、Ｙテーブル４０Ｐを駆動源を形成す
るマイクロメータヘッド７２Ｐのノブ回転角度に応じて
Ｙ軸方向に移動変位させつつ位置決めすることができ
る。

【００１０】また、Ｘテーブル位置決め駆動手段５０Ｐ
も、ブッシュ材３２Ｐを介して取付けられた動力伝達機
構を形成する動力伝達シャフト５４Ｐをマイクロメータ
ヘッド５２Ｐのノブ回転角度に応じてＸ軸方向に移動変
位させることができる。この移動変位は、ユニバーサル
ジョイント５９Ｐ，中間バー５８Ｐ，動力変換機構を形
成するラック部材５５Ｐおよびピニオンギヤ５６Ｐを介
してＸテーブル６０Ｐに固着されたラック部材５７Ｐの
移動変位に変換される。したがって、Ｘテーブル６０Ｐ
を位置決めすることができる。

【００１１】かくすれば、装置本体１０Ｐの小型化を図
れかつ真空容器１内に収容できるとともに、各駆動源
（５２Ｐ，７２Ｐ，１００Ｐ）を真空容器１外に配設す
ることができる。

【００１２】なお、Ｘテーブル６０Ｐには、図１１，図
１２に示す回転テーブル９０ＰがＺ軸を中心としてＲ方
向に回転可能に設けられ、図１２に示すマイクロメータ
ヘッド１００Ｐ，動力伝達シャフト１０１Ｐ，ユニバー
サルジョイント１０３Ｐ，ベベルギヤ機構９１Ｐを含む
回転テーブル位置決め駆動手段によって、位置決めされ
る。１０２Ｐは、シールキャップ部材である。

【００１３】さらに、図１３に示す如く、つまみ１３１
Ｐでウォームギヤ１３２Ｐを回動させることにより、こ
れと噛合うウォームホイール２４Ｐを有する回動体２６
Ｐを傾斜回動可能に形成したものもある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｙテー
ブル位置決め駆動手段７０Ｐは、長寸の動力伝達シャフ
ト７４Ｐ，ユニバーサルジョイント７９Ｐ等を介して直
線動力を与えて移動させつつＹテーブル４０Ｐを位置決
めする。特に、Ｘテーブル位置決め駆動手段５０Ｐは、
動力伝達シャフト５４Ｐ，ユニバーサルジョイント５９
Ｐ，中間バー５８Ｐの他に、さらに他方側にユニバーサ
ルジョイントを介して連結されたラック部材５５Ｐ，ピ
ニオンギヤ５６Ｐおよびラック部材５７Ｐを介して、直
線動力を回転動力に変換しつつ再び直線動力に変換して
Ｘテーブル６０Ｐを位置決めする構造であるから、高精
度位置決めはできない。その割りに高価である。さら
に、各駆動手段７０Ｐ，５０Ｐ，１００Ｐが並列配設さ
れているので、大型となりかつ取扱いも難しい。

【００１５】すなわち、各駆動源（７２Ｐ，５２Ｐ等）
を真空容器１外に配設しているものの、動力伝達機構お
よび動力変換機構による機械誤差が過大（例えば、１０
０μｍ以上）なために、結果としては、位置決め精度が
理論的には１μｍであるが実用上は１０μｍ程度のマイ
クロメータヘッド５２Ｐ，７２Ｐが採用されている。

【００１６】したがって、Ｘテーブル６０Ｐに取付けら
れたワークを例えば１００μｍ以下の精度で位置決めす
ることさえも非常に難しい。マイクロメータヘッド５２
Ｐ，７２Ｐに代えてモータを採用したとしてもオープン
ループとせざるを得ないので、期待する程の位置決め精
度の向上は見られない。しかも、マイクロメータヘッド
でもモータでも、位置決め結果を表示器により監視する
こともできないの等の事由から取扱いが難しいばかり
か、設定と位置決め結果との整合性を判別できない。

【００１７】かくして、位置決め精度が例えば０．１μ
ｍ以下とされる実用装置に比較して、あまりにも低精度
であるために、試験・研究結果の実用化に対する評価が
疑問視される傾向にある。

【００１８】さらに、駆動源を真空容器１外に配設して
磁界の影響を除去したとしても、いま一方の条件たる真
空度の低下が大きな悪影響を及ぼしているとの指摘もあ
る。すなわち、上記した各動力伝達シャフト７４Ｐ，５
４Ｐは、ともに直線運動するものであるから、たとえ静
止係合する装着部４と嵌装部２１Ｐとの気密，回動可能
係合する嵌装部２１Ｐとフランジ部２６Ｐとの気密およ
び静止係合するフランジ部２６Ｐと各ブッシュ材３２
Ｐ，３８Ｐとの外周面との気密を良好に仕上げられたと
しても、動力伝達シャフト５４Ｐ，７４Ｐに偏心運動が
加わったり使用時間が長引くにつれて、直線運動で貫通
する各シャフト５４Ｐ，７４Ｐと各ブッシュ材３２Ｐ，
３８Ｐの内周面との間３１Ｐ，３７Ｐにリークが生じ易
いという点である。

【００１９】本発明の目的は、小型化および低コスト化
を図りつつ高精度位置決め可能かつ取扱い容易な位置決
め装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】従来装置を分析するに、
ユニバーサルジョイントやラックピニオンギヤ機構等の
相対変位可能とするためにガタが介在する構造を採用す
る限りにおいて各駆動源と各テーブルとの間に生ずる機
械的誤差を除去することは至難でありかつこれが高精度
化困難の元である。これがまた位置決め制御系のクロー
ズドループ化を実用困難としている。さらに、真空容器
内外を直線運動で貫通することは、円滑作動を保障しつ
つ長期に亘る気密性能を保持することは不可能に近い。
したがって、これらの点を払拭しない限り飛躍的高精度
化は難しい。

【００２１】一方において、要求される高精度は、各最
終的位置決め精度であって連続でかつ時々刻々ごとの精
度を問うものではない。だからといって、移動速度の遅
速化は許されない。しかも、最大的な移動変位量は、そ
の対象目的からして、３０〜８０ｍｍ程度である。ま
た、ラックピニオンギヤ構造は、電子素子に比較して非
常にコスト高でありかつ取付け調整が難しく、寿命も短
い。

【００２２】本発明は、上記分析結果に立脚しかつ確か
に磁界は電子線に悪影響を与え位置決め精度低下の原因
となるが電界自体は影響を与えないという再認識の下
に、駆動源は真空容器外に配設しかつ真空容器内外を回
転運動で貫通させるとともに、真空容器外の駆動源によ
る粗移動変位量に磁界を発生しない真空容器内のピエゾ
アクチュエータを用いた微移動変位量を増減可能に形成
し、前記目的を達成するものである。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】すなわち、請求項１の発明は、Ｙテーブル
位置決め駆動手段によってＹ軸方向に移動可能なＹテー
ブルと，このＹテーブルとともにＹ軸方向に同期移動可
能かつＸテーブル位置決め駆動手段によってＸ軸方向に
移動可能なＸテーブルとを真空容器内に配設し、かつＹ
テーブル位置決め駆動手段の一部を構成するＹ駆動源お
よびＸテーブル位置決め駆動手段の一部を構成するＸ駆
動源を真空容器外に配設してなる位置決め装置におい
て、基準ベースに対し前記Ｙテーブルと前記Ｙ軸方向に
相対移動可能な補助Ｙテーブルを設けるとともに、前記
Ｙテーブル位置決め駆動手段をＹモータからなる前記Ｙ
駆動源と，ＹモータのＹ回転動力を前記真空容器内に伝
達するＹ回転軸と，前記真空容器内においてＹ回転動力
を利用して補助ＹテーブルのＹ粗移動変位量に変換する
Ｙねじ軸およびＹナット部材と，このナツト部材と補助
Ｙテーブルとを一体的に連結する第１連結部材と，前記
Ｙテーブルと補助Ｙテーブルとの間に設けられかつＹバ
ネの付勢力を利用して前記Ｙテーブルと補助Ｙテーブル
とを前記Ｙ軸方向に一体的に連結可能かつ前記Ｙ軸方向
に伸縮して補助Ｙテーブル側から前記Ｙテーブル側にＹ
微移動変位量を増減可能なＹピエゾアクチュエータとか
ら形成し、前記Ｙテーブルに対し前記Ｘテーブルと前記
Ｙ軸方向に相対移動可能かつ前記Ｘ軸方向に同期移動可
能な補助Ｘテーブルを設けるとともに、前記Ｘテーブル
位置決め駆動手段をＸモータからなる前記Ｘ駆動源と，
ＸモータのＸ回転動力を前記真空容器内に伝達するＸ回
転軸と，前記真空容器内においてＸ回転動力を利用して
補助ＸテーブルのＸ粗移動変位量に変換するＸねじ軸お
よびＸナット部材と，Ｘナット部材および軸線方向伸縮
可能継手と一体的な第１連結部材と，軸線方向伸縮可能
継手と補助Ｘテーブルとを連結する第２連結部材と，Ｘ
ナット部材と補助Ｘテーブルとの間の軸線方向伸縮可能
継手内に配設されかつ前記Ｘ軸方向に伸縮してＸナット
部材側から補助Ｘテーブル側にＸ微移動変位量を増減可
能なＸピエゾアクチュエータとから形成し、さらに、基
準ベースおよび前記Ｙテーブルのいずれか一方に取付け
られたＹメインスケールとその他方に取付けられたＹイ
ンデックススケールとを含み基準ベースに対する前記Ｙ
テーブルの前記Ｙ軸方向のＹ粗移動変位量とＹ微移動変
位量との和であるＹ総移動変位量を検出可能なＹ変位量
検出手段と，前記Ｙテーブルお よび前記Ｘテーブルのい
ずれか一方に取付けられたＸメインスケールとその他方
に取付けられたＸインデックススケールとを含み基準ベ
ースに対する前記Ｘテーブルの前記Ｙテーブルを介した
前記Ｘ軸方向のＸ粗移動変位量とＸ微移動変位量との和
であるＸ総移動変位量を検出可能なＸ変位量検出手段と
を設けた、ことを特徴とする。

【００２７】かかる発明では、真空容器外のＹモータを
回動させると、そのＹ回転動力はＹ回転軸の回転運動に
よって真空容器内に伝達されかつＹねじ軸およびＹナッ
ト部材により直線運動のＹ粗移動変位量に変換される。
すなわち、ナット部材と第１連結部材を介して一体的に
連結された補助ＹテーブルをＹ軸方向にＹ粗移動変位量
だけ移動変位することができる。この補助Ｙテーブルに
はＹバネの付勢力を利用してＹテーブルが一体的に連結
されているから、Ｙピエゾアクチュエータの不動作状態
ではＹテーブルをＹ粗移動変位量だけＹ軸方向に移動変
位させることができる。

【００２８】ここに、Ｙ軸方向に相対移動可能とされた
補助ＹテーブルとＹテーブルとの間に設けられたＹピエ
ゾアクチュエータをＹバネの付勢力に抗して伸長または
Ｙバネの付勢力の方向に収縮させると、補助Ｙテーブル
がＹモータでＹ軸方向に移動変位不能とされているか
ら、結果としてＹテーブルをＹ軸方向にＹピゾアクチュ
エータの伸縮量分つまりＹ微移動変位量分だけ移動変位
させることができる。つまり、ＹテーブルのＹ総移動変
位量は、ＹモータによるＹ粗移動変位量にＹピゾアクチ
ュエータによるＹ微移動変位量を増減した値となる。し
たがって、Ｙねじ軸とＹナット部材で変換したＹ粗移動
変位量のみでＹテーブルを最終位置決めする場合に比較
して飛躍的な高精度で位置決めすることができる。

【００２９】また、Ｘテーブルの場合は、Ｘモータの回
転によるＸ回転動力はＸ回転軸を介して真空容器内に伝
達されかつＸねじ軸およびＸナット部材でＸ軸方向のＸ
粗移動変位量に変換される。このＸ粗移動変位量は、Ｘ
ナット部材と第１連結部材を介して一体的な軸線方向伸
縮継手に伝達され、さらにこの軸線方向伸縮継手と第２
の連結部材を介して一体的な補助Ｘテーブルに伝達され
る。つまり、Ｘ軸方向にＸテーブルと同期移動可能な補
助Ｘテーブルを介しＸテーブルに伝達されるので、Ｘテ
ーブルを当該Ｘ粗移動変位量分だけＸ軸方向に移動変位
させることができる。この際、軸線方向伸縮継手内に配
設されたＸピゾアクチュエータは、単にＸナット部材と
補助Ｘテーブルとの間に介在された連結部材（第１連結
部材）として働く。

【００３０】ここに、Ｘピエゾアクチュエータを伸縮さ
せると、Ｘナット部材がＸモータに連結されたＸねじ軸
でＸ軸方向に移動変位不能とされているから、結果とし
てＸテーブルをＸ軸方向にＸピゾアクチュエータの伸縮
量分つまりＸ微移動変位量分だけ移動変位させることが
できる。つまり、ＸテーブルのＸ総移動変位量は、Ｘモ
ータによるＸ粗移動変位量にＸピゾアクチュエータによ
るＸ微移動変位量を増減した値となる。したがって、Ｘ
ねじ軸とＸナット部材で変換したＸ粗移動変位量のみで
Ｘテーブルを最終位置決めする場合に比較して飛躍的な
高精度で位置決めすることができる。しかも、Ｙテーブ
ルがＹ軸方向に移動変位すると、Ｙ変位量検出手段を形
成するＹメインスケールとＹインデックススケールとが
相対移動するので、ＹテーブルのＹ総移動変位量を検出
できる。

【００３１】かくして、各モータによる位置決め精度は
各ピエゾアクチュエータの伸縮可能範囲内にあればよく
かつ各ピエゾアクチュエータの伸縮可能範囲は例えば±
８μｍでかつ電圧に応じて例えば０．０１μｍ以下の精
度も得られるから、高精度位置決めを達成できる。しか
も、各ピエゾアクチュエータは電圧駆動であるから電界
は発生するものの磁界は発生しないから、電子線に悪影
響を与える心配はない。また、真空容器外からコントロ
ール可能であるから、取扱いも容易である。さらにＹナ
ット部材とＹテーブルとの間に補助Ｙテーブルが設けら
れかつＸナット部材とＸテーブルとの間に補助Ｘテーブ
ルが設けられているので、ＹテーブルとＸテーブルとの
各軸方向の移動変位をより円滑に行えるとともにＹ・Ｘ
ナット部材からＹ・Ｘテーブルまでの撓み等による大き
な機械的誤差を削減することができる。この点からも、
より高精度な位置決めを達成することができる。しか
も、Ｙ・Ｘ総移動変位量を用いて位置決め制御系をクロ
ーズドループとすることが容易であるとともにその結果
等を正確に監視できるので、一層の高精度位置決めが可
能となりかつ取扱いも容易となる。

【００３２】

【００３３】

【００３４】また、請求項２の発明は、前記Ｘテーブル
に前記Ｙ軸および前記Ｘ軸と直交するＺ軸を中心に回転
可能な回転テーブルを設けるとともに、Ｒバネの付勢力
を利用して回転テーブルの自由回転を阻止可能かつ前記
真空容器内に配設されたＲピエゾアクチュエータの伸縮
を利用してＲピエゾアクチュエータの伸縮量に対応する
角度だけ回転テーブルを回転して位置決め可能な回転テ
ーブル位置決め駆動手段が設けられている位置決め装置
である。

【００３５】かかる構成の発明では、Ｘテーブルに回転
可能な回転テーブルにワークを取付ければ、このワーク
を電子線に対してＹ・Ｘ総移動変位量だけ相対移動させ
ることができる。しかも、回転テーブル位置決め駆動手
段を形成する真空容器内に配設されたＲピエゾアクチュ
エータを伸縮することにより、回転テーブルをＺ軸を中
心に例えば±２度の角度範囲内で回動しつつ例えば±１
度以内に位置決めすることができかつ位置決め後の角度
をＲバネの付勢力で保持できる。

【００３６】よって、請求項１発明の場合の作用効果に
加え、電子線とワークとの２次元（Ｙ，Ｘ）的な相対位
置を迅速に調整できるので、適用性を一段と拡大でき
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。本位置決め装置は、基準ベース１１
に対しＹテーブル４０とＹ軸方向に相対移動可能な補助
Ｙテーブル４２を設けるとともに、Ｙテーブル位置決め
駆動手段５０をＹモータ５１からなるＹ駆動源と，Ｙモ
ータ５１のＹ回転動力を真空容器１内に伝達するＹ回転
軸５４と，真空容器１内においてＹ回転動力を利用して
補助Ｙテーブル４２のＹ粗移動変位量Ｙｌに変換するＹ
ねじ軸５５およびＹナット部材５６と，このナツト部材
５６と補助Ｙテーブル４２とを一体的に連結する第１連
結部材４３と，Ｙテーブル４０と補助Ｙテーブル４２と
の間に設けられかつＹバネ１３の付勢力を利用してＹテ
ーブル４０と補助Ｙテーブル４２とをＹ軸方向に一体的
に連結可能かつＹ軸方向に伸縮して補助Ｙテーブル４２
側からＹテーブル４０側にＹ微移動変位量Ｙｓを増減可
能なＹピエゾアクチュエータ５７とから形成され、Ｙテ
ーブル４０に対しＸテーブル６０とＹ軸方向に相対移動
可能かつＸ軸方向に同期移動可能な補助Ｘテーブル６４
を設けるとともに、Ｘテーブル位置決め駆動手段７０を
Ｘモータ７１からなるＸ駆動源と，Ｘモータ７１のＸ回
転動力を真空容器１内に伝達するＸ回転軸７４と，真空
容器１内においてＸ回転動力を利用して補助Ｘテーブル
６４のＸ粗移動変位量Ｘｌに変換するＸねじ軸７５およ
びＸナット部材７６と，Ｘナット部材７６および軸線方
向伸縮可能継手６６と一体的な第１連結部材６７と，軸
線方向伸縮可能継手６６と補助Ｘテーブル６４とを連結
する第２連結部材６５と，Ｘナット部材７６と補助Ｘテ
ーブル４２との間の軸線方向伸縮可能継手６６内に配設
されかつＸ軸方向に伸縮してＸナット部材７６側から補
助Ｘテーブル６４側にＸ微移動変位量Ｘｓを増減可能な
Ｘピエゾアクチュエータ７７とから形成され、さらに、
Ｙメインスケール１４１とＹインデックススケール１４
３とを含み基準ベース１１に対するＹテーブル４０のＹ
軸方向のＹ粗移動変位量とＹ微移動変位量との和である
Ｙ総移動変位量を検出可能なＹ変位量検出手段１４０
と，Ｘメインスケール１５１とＸインデックススケール
１５３とを含み基準ベース１１に対するＸテーブル６０
のＹテーブル４０を介したＸ軸方向のＸ粗移動変位量と
Ｘ微移動変位量との和であるＸ総移動変位量 を検出可能
なＸ変位量検出手段１５０とを設けた構成とされてい
る。

【００３８】

【００３９】さらに、Ｘテーブル４０にＹ軸およびＸ軸
と直交するＺ軸を中心に回転可能な回転テーブル９０を
設けるとともに、Ｒバネ８２の付勢力を利用して回転テ
ーブル９０の自由回転を阻止可能かつ真空容器１内に配
設されたＲピエゾアクチュエータ１１０の伸縮を利用し
てＲピエゾアクチュエータ１１０の伸縮量に対応する角
度だけ回転テーブル９０を回転して位置決め可能な回転
テーブル位置決め駆動手段１００を設け、回転テーブル
９０をＺ軸を中心として回転可能かつ高精度位置決め可
能に形成し、ワークに関する適用性の拡大を図ってい
る。

【００４０】図５において、真空容器１は、収容室３を
形成する起立円筒形状の容器本体２と，装着室５を形成
する水平円筒形状の装着部４とから形成され、図で左側
の保持部６にシール部７を介して装置本体１０が装着さ
れる。連通する収容室３と装着室５２は、図示しない真
空引き装置で１０^-6〜１０^-7トールの真空とされる。

【００４１】図１，図５において、装置本体１０は、ボ
ルトによって一体的に固定された基準ベース１１と嵌装
部２１とからなる。基準ベース１１にはＹテーブル４０
がＹ方向に移動可能に装着され、Ｘテーブル６０はＹテ
ーブル４０に移動可能に装着されかつ基準ベース１１に
対しＸ方向に移動可能である。また、Ｘテーブル６０に
は、Ｚ軸線を中心に回転可能な回転テーブル９０が設け
られている。同様に、回転テーブル位置決め駆動手段１
００および角度固定手段１２０が付設されている。

【００４２】嵌装部２１は、シール部２３を有し、保持
部６に嵌装保持される。嵌装後はシール部７でも気密さ
れる。また、この実施形態では、図３に示す全体傾斜駆
動手段１３０（つまみ１３１）で回動される図１のウォ
ームねじ１３２と噛合うウォームホイール２４を有し、
Ｘ軸を中心に全体傾斜可能とされている。

【００４３】嵌装部２１の中空部２２は、嵌装保持状態
において、真空容器１の装着室５と連通される。また、
図５で左端面（取付面２５）には、底付円筒部材２９と
ともにモータ保持部２８を形成するフランジ部２６が図
４に示すシール部２７を介して取付けられる。

【００４４】図５に示す底付円筒部材２９の円筒部３０
の一方側には、Ｙ回転軸５４の気密回転貫通を許容しか
つ真空容器１の内外を気密するシール部３１Ａが設けら
れている。また、その他方側には、真空容器１の内外を
気密するシール部３１Ｂが設けられている。さらに、図
１，図５に示す底部３６には、Ｘ回転軸７４の気密回転
貫通を許容しかつ真空容器１の内外を気密するシール部
３７が設けられている。

【００４５】したがって、底付円筒部材２９の中空部３
５が連通する嵌装部２１内の中空部２２，真空容器１の
装着室５および収容室３とを、所定の真空度に維持でき
る。しかも、シール部３１Ａと円筒部３０およびシール
部３７と底部３６とは他のシール部と同様に静止係合で
あり、シール部３１ＡとＹ回転軸５４およびシール部３
７とＸ回転軸７４とは回転運動係合である。つまり、従
来例の場合のように直線運動係合でないから、気密性を
長期に亘って安定して維持できる。

【００４６】さて、Ｙテーブル４０は、図１に示す如
く、左右一対のクロスローラベアリング１２を介して基
準ベース１１にＹ方向（図５参照）に摺動可能に装着さ
れ、かつ図１，図４に示す左右一対のＹバネ１３の付勢
力でＹピエゾアクチュエータ５７を介して第２連結部材
４１に押付けられている。

【００４７】この第２連結部材４１は、基準ベース１１
に図１に示す左右一対のクロスローラベアリング１４を
介してＹ軸方向に摺動可能な補助Ｙテーブル４２に一体
的に取付けられている。すなわち、補助Ｙテーブル４２
は、基準ベース１１に対しＹテーブル４０とＹ軸方向に
相対移動可能である一方において、Ｙピエゾアクチュエ
ータ５７を介在させかつＹバネ１３の付勢力を利用する
ことによって、Ｙテーブル４０と補助Ｙテーブル４２と
はＹ軸方向に一体的に連結可能でもある。つまり、補助
Ｙテーブル４２側を駆動側とすれば、両者４０，４２は
Ｙ軸方向に同期移動可能である。

【００４８】ここに、Ｙテーブル位置決め駆動手段５０
は、図３〜図５に示す如く、つまみ５２付のＹモータ
（ステッピングモータ）５１からなる駆動源と，Ｙ回転
軸５４とＹねじ軸（ボールねじ軸）５５と，Ｙナット部
材５６と，このＹナット部材５６と補助Ｙテーブル４２
とを起立連結部材４３Ｖを介して一体的に連結する第１
連結部材４３と，上記の補助Ｙテーブル４２と，第２連
結部材４１と，Ｙピエゾアクチュエータ５７とからな
る。

【００４９】すなわち、駆動源（５１）は嵌装部２１を
介して真空容器１の外に配設されかつＹテーブル４０は
真空容器１（収容室３）内に配設されているので、Ｙモ
ータ５１とＹテーブル４０との距離が長くなる。この
点、Ｙモータ５１から発生される磁界が収容室３内のワ
ークに照射される電子線に悪影響を及ぼすことを、一掃
することができる。しかし、長寸とならざるを得ない第
１連結部材４３の撓み変形等を考えると、Ｙねじ軸５５
とＹナット部材５６とによるＹ軸方向の例えば５μｍ以
下の精度の移動変位量をＹテーブル４０に正確に伝達す
ることに困難性を伴う。

【００５０】そこで、Ｙテーブル４０とＹ軸方向に同期
移動可能な補助Ｙテーブル４２を介在させることによ
り、Ｙナット部材５６の移動変位量とＹテーブル４０の
移動変位量とを同一化可能に形成している。しかし、従
来例の精度（例えば、１００μｍ以上）に比較すれば、
Ｙテーブル４０の位置決め精度を例えば５μｍオーダー
に大幅に改善できたとしても、まだ最終的要請たる例え
ば０．１μｍ以下の位置決め精度を達成するには遠く及
ばない。

【００５１】かくして、Ｙナット部材５６の移動変位量
をＹ粗移動変位量Ｙｌとし、これにＹピエゾアクチュエ
ータ５７によるＹ微移動変位量Ｙｓを増減可能として、
Ｙテーブル４０の位置決め精度をＹ粗移動変位量Ｙｌと
Ｙ微移動変位量Ｙｓとの和である総移動変位量Ｙｌｓを
もって規定することにより、最終位置決め精度を０．１
μｍ以下とする。

【００５２】ここに、Ｙピエゾアクチュエータ５７は、
積層圧電アクチュエータ素子〔日本電気製（ＡＥ０５０
５Ｄ１６）〕から形成され、電圧（０〜１５０Ｖ）で変
位（０〜１６μｍ）を得ることができる。この実施形態
では、図９に示すＹピエゾドライバ５７Ｄを用いて常時
に７５Ｖを印加しておき、Ｙモータ５１，Ｙネジ軸５５
およびＹナット部材５６によるＹ粗移動変位量Ｙｌを基
準（中心）としてＹ軸方向に±８μｍのＹ微移動変位量
Ｙｓを増減可能としてある。なお、Ｙ粗移動変位量Ｙｌ
は、最大が４０ｍｍとしてある。

【００５３】次に、Ｘテーブル６０は、図２に示す如
く、Ｙテーブル４０に左右一対のＬＭガイド４５を介し
てＸ軸方向に移動可能に装着されている。ＬＭ（Ｌｉｎ
ｅａｒＭｏｔｉｏｎ）ガイド４５は、ＴＨＫ（株）製の
ＨＲ型２ＨＲ９１８ＵＵを採用した。また、補助Ｘテー
ブル６４は、図１に示す如く、第３連結部材６１，Ｙ軸
方向に伸びる条部６２およびクロスローラベアリング６
３を介してＸテーブル６０とＹ軸方向に相対移動可能と
されている。また、第３連結部材６１の一方端をＸテー
ブル６０に固着することにより、補助Ｘテーブル６４を
Ｘ軸方向においてＸテーブル６０と同期移動可能に形成
している。

【００５４】すなわち、Ｘテーブル６０は、図２に示す
如く、Ｙテーブル４０に対しＬＭガイド４５を介してＸ
軸方向に相対移動可能である。しかし、ワークをＹ軸方
向に位置決めするためには、Ｙ軸方向に移動変位するＹ
テーブル４０ととともに当該Ｙ軸方向に同期移動しなけ
ればならない。しかるに、Ｘテーブル位置決め駆動手段
７０の駆動源（Ｘモータ７１）は嵌装部１１を介して真
空容器１（４）に固定されている。かくして、補助Ｘテ
ーブル６４は、Ｘテーブル位置決め駆動手段７０による
Ｘテーブル６０のＸ軸方向の移動を許容しかつＹテーブ
ル位置決め駆動手段５０によるＸテーブル６０のＹ軸方
向の移動を許容するために設けられている。

【００５５】ここに、Ｘテーブル位置決め駆動手段７０
は、図１，図５に示す如く、つまみ７２付のＸモータ
（ステッピングモータ）７１からなる駆動源と，カップ
リング７３を介して連結されたＸ回転軸７４と，これに
連結されたねじ軸（ボールねじ軸）７５と，ナット部材
７６と，このナット部材７６およびカップリング（６
６）と一体的な第１連結部材６７と，軸線方向伸縮可能
継手６６と補助Ｘテーブル６４とを連結するための起立
する第２連結部材６５と，軸線方向伸縮可能継手６６内
に配設されたＸピエゾアクチュエータ７７と，上記した
補助Ｘテーブル６４と，第３連結部材６１等とからな
る。

【００５６】軸線方向伸縮可能継手６６は、断面矩形状
の中空体にその軸線方向に離隔されかつ周方向に位置ず
れされた複数（例えば、４本）の切欠溝を有し、軸線方
向に強制外力を加えればその軸方向寸法を微小量だけ変
化させることができる。すなわち、Ｘピエゾアクチュエ
ータ７７によるＸ軸方向の伸長および収縮を補助Ｘテー
ブル６４側に付与可能とするために設けられている。な
お、Ｘピゾアクチュエータ７７も、Ｙピエゾアクチュエ
ータ５７の場合と同様にバイアス（例えば、７５Ｖ）を
かけて装着してある。

【００５７】出願人の測定によれば、静止状態において
両端から強制外力（ピエゾアクチュエータ７７からの伸
長力相当）を加えたところ、寸法（長さ）を最大で０．
８ｍｍ程度短縮できかつ強制外力を除去すれば弾性復帰
により元の寸法（２０．０ｍｍ）に戻ることを確認して
いる。したがって、初期状態を例えば０．５ｍｍだけ短
縮した状態としておけば、その状態を基準としてＸ軸方
向に例えば±０．２ｍｍを伸縮させることは容易であ
る。

【００５８】すなわち、駆動源（７１）のＸ回転動力を
Ｘねじ軸７５およびＸナット部材７６を介して変換した
直線動力によるＸ粗移動変位量ＸｌにＸピゾアクチュエ
ータ７７の伸縮によるＸ微移動変位量Ｘｓを増減したＸ
総移動変位量Ｘｌｓとして、Ｘテーブル６０をＸ軸方向
に移動させて高精度位置決めするわけである。

【００５９】また、Ｘテーブル位置決め駆動手段７０の
Ｘモータ７１，Ｘ回転軸７４，Ｘねじ軸７５と、Ｙテー
ブル位置決め駆動手段５０のＹモータ５１，Ｙ回転軸５
４，Ｙねじ軸５５とが、直交軸線（Ｘ，Ｙ）上に配設さ
れているので、一層の小型化を図れるとともに取扱い容
易である。しかも、各駆動源（５１，７１）をモータか
ら形成できかつ自動位置決めも可能となるわけである。

【００６０】このＸテーブル６０には、図１，図２，図
５に示す如く、ワークを取付けるための回転テーブル９
０が回転可能に装着されている。詳しくは、Ｘテーブル
６０の軸受部８０（ベアリング８１）に、回転テーブル
９０に一体の軸部９１を嵌挿している。そして、回転テ
ーブル９０の下面側に一体に設けた係合部９２を、図５
に示す一端がＸテーブル６０に係止されたバネ８２の付
勢力によって駆動ピン１０９に当接させて、回転テーブ
ル９０のＲ方向の自由回転を阻止可能に形成してある。

【００６１】回転テーブル位置決め手段１００は、図
５，図７に示す如く、増幅機構１０１と駆動源たるＲピ
エゾアクチュエータ１１０とからなり、全体として真空
容器１内に収容される。そして、回転テーブル９０を中
心基準に±２度以内で回転変位させつつ±１度以内の高
精度で位置決めすることができる。すなわち、大型，高
価で低精度の従来例（図１２）に比較して、より大幅な
小型，簡素化，低コストおよび高精度化を図ることがで
きる。

【００６２】しかし、Ｒピエゾアクチュエータ１１０
は、磁界を発生しないことから真空容器１内でかつワー
クに近い位置に配設できるが、直線変位でかつその伸縮
量は小さい。そこで、増幅機構１０１で例えば１００倍
以上に伸縮量を増幅している。

【００６３】この増幅機構１０１は、Ｘテーブル６０に
固定される基部１０２と，位置固定的な基準アーム１０
６と，これに対するものとしての位置可変的な増幅第１
アーム１０３と，増幅第２アーム１０４と，増幅第３ア
ーム１０７と，上記した駆動ピン１０９と，ビスからな
る支点１０８とからなる。基部１０２と増幅第１アーム
との間には、断面係数が小さくされた傾斜回動中心部１
０２Ｐを設け、増幅第１アーム１０３と増幅第２アーム
１０４とは、線状部１０５を介して連結されている。こ
の線状部１０５は、増幅第１アーム１０３の傾斜回動中
心部１０２Ｐを中心とする円弧変位（運動）を、増幅第
３アーム１０７側に伝達させないためのものである。す
なわち、２組のテコを応用した乗算機構からなる。

【００６４】かくして、傾斜回動中心部１０２ＰとＲピ
エゾアクチュエータ１１０の当接点ＰＳ１との距離をＹ
１，当接点ＰＳ１から線状部１０５までの距離をＹ２，
増幅第１アーム１０３の有効長をＹ３とし、かつ線状部
１０５と増幅第３アーム１０６の当接部ＰＳ２つまり支
点１０８との距離をＹ４，支点１０８と駆動ピン１０９
までの距離をＹ５，増幅第３アーム１０７の有効長をＹ
６とすれば、Ｒピエゾアクチュエータ１１０の例えば伸
長量Ｐｘ１は第１段階でＹ３／Ｙ１倍に増幅され、次の
第２段階でＹ５／Ｙ４倍に増幅される。

【００６５】例えば、Ｙ１＝５ｍｍ，Ｙ３＝６０ｍｍ，
Ｙ４＝３ｍｍ，Ｙ５＝４２ｍｍで伸量Ｐｘ１＝５μｍと
すれば、Ｙ３／Ｙ１＝１２，Ｙ５／Ｙ４＝１４であるか
ら、駆動ピン１０９のＸ軸方向の移動量はＰｘ１＝５μ
ｍの１６８倍（＝８７３μｍ）となる。

【００６６】一方、回転テーブル９０を角度（±θ）だ
け移動変位させるには、駆動ピン１０９と回転テーブル
９０の回転中心（Ｚ軸）までの距離をＹ７とした場合、
必要とする駆動ピン１０９の移動変位量Ｘｄは（Ｙ７×
ｔａｎθ）であればよい。例えば、Ｙ７＝２５ｍｍでθ
＝±２度とすれば、８７３μｍとなる。してみると、Ｒ
ピゾアクチュエータ１１０の伸（縮）量Ｐｘ１は、１／
１６８でよいから５．２μｍで足りる。

【００６７】ところで、Ｚ軸を中心とする位置決めを如
何に高精度で行えることができたとしても、係合部９２
と駆動ピン１０９とをＲバネ８２の付勢力のみによって
当接させていたのでは、増幅機構１０１の構造からして
も、回転テーブル９０の角度が例えば振動等により微小
に変位する場合が考えられる。

【００６８】そこで、この実施形態では、角度固定手段
１２０を設け、回転テーブル位置決め駆動手段１００に
よる位置決め角度を正確に維持可能に形成してある。

【００６９】すなわち、角度固定手段１２０は、図８に
示す如く、Ｘテーブル６０に固着された基部１２１と固
定アーム１２２とＳピエゾアクチュエータ１２３と可動
アーム１２４とストッパー１２５とから形成され、Ｓピ
エゾアクチュエータ１２３の伸長量Ｐｘ２をＹ９／Ｙ８
に増幅しつつストッパー１２５を図５に示す回転テーブ
ル９０の周面９３から離脱可能に形成するとともに、Ｓ
ピエゾアクチュエータ１２３が不動作状態である常態に
あっては周面９３を押圧してストップ可能に形成してあ
る。

【００７０】次に、Ｙ変位量検出手段１４０は、図１，
図２に示す如く、Ｙテーブル４０に設けられたＹ軸方向
に伸びる第１光学格子を有するＹメインスケール１４１
と，基準ベース１１に設けられた第２および第３光学格
子を有するＹインデックススケール１４３と，Ｙ変位検
出器１４２とからなり、基準ベース１１に対するＹテー
ブル４０の上記Ｙ総移動変位量Ｙｌｓを検出可能であ
る。なお、Ｙメインスケール１４１は基準ベース１１お
よびＹテーブル４０のいずれか一方に取付ければよく、
Ｙインデックススケール１４３はその他方に取付ければ
よいので、Ｙテーブル４０にＹインデックススケール１
４３を設けかつ基準ベース１１にＹメインスケール１４
１を設けても実施することができる。

【００７１】この実施形態では、発光器からの発光を第
２光学格子を通して第１光学格子に照射しかつ反射させ
検出光を第３光学格子を通して受光するいわゆるスリー
グレーテング方式（例えば、特願平６−３２５８０１
号）とされ、例えば０．０１μｍ以下の分解能で検出す
ることができる。

【００７２】同様に、Ｘ変位量検出手段１５０は、図
１，図２に示す如く、Ｘテーブル６０に設けられたＸ軸
方向に伸びる第１光学格子を有するＸメインスケール１
５１と，Ｙテーブル４０に設けられた第２および第３光
学格子を有するＸインデックススケール１５３と，Ｘ変
位検出器１５２とからなり、Ｙテーブル４０を介して基
準ベース１１に対するＸテーブル６０の上記Ｘ総移動変
位量Ｘｌｓを検出可能である。なお、Ｘメインスケール
１５１はＹテーブル４０およびＸテーブル６０のいずれ
か一方に取付ければよく、Ｘインデックススケール１５
３はその他方に取付ければよいから、Ｘテーブル６０に
Ｘインデックススケール１５３を設けかつＹテーブル４
０にＸメインスケール１５１を設けても実施することが
できる。

【００７３】この実施形態では、上記場合と同様なスリ
ーグレーテング方式とされ、例えば０．０１μｍ以下の
分解能で検出することができる。

【００７４】図９において、上位機（パソコン）１６０
と，Ｙテーブル４０用のＹコントローラ１７０と，Ｘテ
ーブル６０用のＸコントローラ１８０と，回転テーブル
９０用のＲコントローラ１９０とは、データ通信可能に
ケーブル（例えば、１０ＢＡＳＥ−Ｔ）１６１で接続さ
れている。上位機１６０は、各テーブル４０，６０，９
０用および角度固定手段１２０用の位置決め制御信号を
出力し、自動位置決めすることができる。また、各コン
トローラ１７０，１８０，１９０で、各テーブル４０，
６０，９０ごとの手動による位置決めを実行することが
できる。

【００７５】Ｙテーブル４０用のコントローラ１７０
は、例えば８ビットのＣＰＵ１７１，メモリ（ＲＯＭ，
ＲＡＭ等）１７２，操作パネル１７３，表示器１７４，
通信用インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１７５，ステッピン
グモータ（ＳＭ）からなるＹモータ５１のＹモータドラ
イバ５１ＤにＹ粗移動変位量Ｙｌ相当信号を出力しかつ
Ｙピエゾアクチュエータ５７のＹピエゾドライバ５７Ｄ
にＹ微移動変位量Ｙｓ相当信号を出力する入出力ポート
（Ｉ／Ｏ）１７６と，Ｙ変位量検出手段１４０からのＹ
総移動変位量Ｙｌｓの検出信号を取込むためのインター
フェイス（Ｉ／Ｆ）１７７とを含み、Ｙテーブル位置決
め駆動手段５０を駆動制御してＹテーブル４０のＹ軸方
向の位置決めを実行可能に形成されている。

【００７６】取込んだＹ総移動変位量Ｙｌｓ（＝Ｙｌ＋
Ｙｓ）は、表示器１７４で何時でも正確に監視すること
ができる。また、操作パネル１７３には、図示省略した
Ｙ位置決め設定変位量Ｙｌｓ（＝Ｙｌ＋Ｙｓ）を設定す
る設定器，Ｙ粗移動設定変位量Ｘｌを設定する設定器，
Ｙ微移動設定変位量Ｙｓを設定する設定器，速度設定器
等が設けられている。Ｙコントローラ１７０において手
動位置決め可能とするものである。

【００７７】ここに、Ｙコントローラ１７０は、図１０
に示す如く、上位機１６０から位置決め設定変位量（Ｙ
ｌｓ）を受信（ＳＴ１０のＹＥＳ，ＳＴ１１）すると、
Ｙ粗移動設定変位量Ｙｌ相当信号を出力してＹモータ５
１を回動駆動しつつＹ変位量検出手段１４０で検出され
たＹ総移動変位量Ｙｌｓをフィードバック信号としてク
ローズドループ制御によりＹテーブル４０のＹ軸方向の
粗位置決めを行う（ＳＴ１２，ＳＴ１３）。

【００７８】そして、切替ポイントになる（ＳＴ１４の
ＹＥＳ）と、Ｙ微移動設定変位量Ｙｓ相当信号を出力し
てＹピエゾアクチュエータ５７を伸縮駆動しつつＹ変位
量検出手段１４０で検出されたＹ総移動変位量Ｙｌｓを
フィードバック信号としてクローズドループ制御により
Ｙテーブル４０のＹ軸方向の微位置決めを行う（ＳＴ１
５，ＳＴ１６）。この結果、フィードバック信号が位置
決め設定変位量Ｙｌｓと等しくなった場合（ＳＴ１７）
に終了する。したがって、自動的に０．１μｍ以下の高
精度で位置決めすることができる。

【００７９】また、設定器を用いてＹ粗移動設定変位量
Ｙｌが入力された場合には、Ｙモータ５１のみを駆動制
御する（ＳＴ１８〜ＳＴ２２）。Ｙ微移動設定変位量Ｙ
ｓが入力された場合には、Ｙピエゾアクチュエータのみ
を駆動制御する（ＳＴ２３〜ＳＴ２７）。

【００８０】Ｘコントローラ１８０の構成・機能も、Ｙ
コントローラ１７０の場合（図１０も含む）と同様であ
る。例えば“１７１”を“１８１”に読替えればよい。

【００８１】また、Ｒコントローラ１９０は、ＣＰＵ１
９１，メモリ１９２，操作パネル１９３，インターフェ
イス（Ｉ／Ｆ）１９５および入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１
９６を含み、回転テーブル位置決め駆動手段１００（１
２３Ｄ，１２３）を駆動制御可能でかつ角度固定手段１
２０（１１０Ｄ，１１０）も駆動制御可能である。

【００８２】すなわち、回転テーブル９０の角度位置決
めに先立ってＳピエゾアクチュエータ１１０を伸長駆動
制御してブレーキ（ストッパー１２５）を外し、次いで
Ｒピエゾアクチュエータ１１０を伸縮駆動制御して回転
テーブル９０の位置決めを行い、しかる後にＳピエゾア
クチュエータ１１０を不動作として回転テーブル９０を
その位置に固定化する。

【００８３】なお、図９に２点鎖線で示すロータリーエ
ンコーダ（Ｅ）３００と検出回路３０１とインターフェ
イス（Ｉ／Ｆ）１９７および表示器１９４を設け、回転
角度を監視可能とすることができる。さらに、フィード
バック制御を可能に形成することもできる。

【００８４】なお、図６に示すコネクタ２０１はＹモー
タ５１用，２０１はＹピエゾアクチュエータ７７用，２
０２はＹ変位量検出手段１４０用，２０３はＸモータ７
１用，２０４はＸピエゾアクチュエータ７７用，２０５
はＸ変位量検出手段１５０用，２０６はＺピエゾアクチ
ュエータ用，２０７はＳピエゾアクチュエータ用で、２
０８は各リミットスイッチ用である。

【００８５】次に、この実施形態の作用・動作を説明す
る。上位機１６０からＹ総移動設定変位量Ｙｌｓ，Ｘ総
移動設定変位量ＸｌｓおよびＲ総移動設定変位量Ｒを含
む位置決め設定変位量が入力されかつ位置決め開始指令
が発せられると、Ｙコントローラ１７０はＹテーブル位
置決め駆動手段５０を駆動制御する（図１０のＳＴ１１
〜ＳＴ１３）。

【００８６】すなわち、図４，図５に示す真空容器１外
のＹモータ５１が回転駆動され、このＹ回転動力はＹ回
転軸５４を介して真空容器１（３５）内に伝達されＹね
じ軸５５を回転する。すると、Ｙナット部材５６との協
働により、第１連結部材４３および起立連結部材４３Ｖ
を介して、補助Ｙテーブル４２をＹ軸方向にＹ粗移動設
定変位量Ｙｌ相当信号に基き移動変位させる。すなわ
ち、基準ベース１１に対しクロスローラベアリング１４
を介して粗移動変位される。

【００８７】すると、第２連結部材４３およびＹピエゾ
アクチュエータ５７を介しかつＹバネ１３の付勢力を利
用して一体的に連結されたＹテーブル４０が同期移動変
位する。補助Ｙテーブル４２を介することから、第１連
結部材４３が長寸でもＹナット部材５６のＹ軸方向のＹ
粗移動変位量ＹｌをＹテーブル４０に安定かつ正確に伝
えられる。

【００８８】Ｙコントローラ１７０は、この期間中、Ｙ
変位量検出手段１４０で検出されたＹ総移動変位量Ｙｌ
ｓをフィードバック信号としてクローズドループで位置
決め制御する。そして、Ｙモータ５１の駆動制御では限
界とされる位置決め精度つまり切替ポイントを確認する
（ＳＴ１４のＹＥＳ）すると、Ｙモータ５１の駆動制御
を停止するとともに、Ｙピエゾアクチュエータ５７を駆
動制御する（ＳＴ１５，ＳＴ１６）。Ｙ総移動設定変位
量ＹｌｓのうちのＹ微移動設定変位量Ｙｓ相当信号が出
力される。

【００８９】この際、補助Ｙテーブル４２は、Ｙナット
部材７６とステッピングモータ（５１）のホールドトル
クで静止されたＹねじ軸５５との関係で、静止側とな
る。したがって、Ｙピエゾアクチュエータ５７の伸縮量
は、Ｙテーブル４０のＹ微移動変位量Ｙｓとなる。つま
り、先のＹ粗移動変位量ＹｌにＹ微移動変位量Ｙｓを増
減できる。すなわち、Ｙ総移動変位量ＹｌｓだけＹ軸方
向に移動変位させ、０．１μｍ以下の精度で位置決めす
ることができる。

【００９０】また、これと同時的（または、その後）に
Ｘコントローラ１８０は、Ｘテーブル位置決め駆動手段
７０を駆動制御しつつＸテーブル６０のＸ軸方向におけ
る位置決めを行う。

【００９１】すなわち、Ｙテーブル４０の位置決め中に
Ｙテーブル４０がＹ軸方向に移動変位すると、Ｙテーブ
ル４０に取付けられたＸテーブル６０はＹテーブル４０
とともにＹ軸方向に同期移動変位する。この際における
Ｘナット部材７６側とＸテーブル６０側とのＹ軸方向の
相対移動変位は補助Ｘテーブル６４とＸテーブル６０と
のＹ軸方向に相対移動変位として吸収される。

【００９２】しかし、補助Ｘテーブル６４とＸテーブル
６０とは、Ｘ軸方向については一体的で同期移動変位す
る。したがって、Ｘモータ７１が回転されかつＸねじ軸
７５とＸナット部材７６とで変換された直線動力が生ず
ると、主にカップリング（６６）を介して補助Ｘテーブ
ル６４に伝達されるから、補助Ｘテーブル６４をＸ粗移
動変位量ＸｌだけＸ軸方向に移動できるとともに第３連
結部材６１を介してＸテーブル６０を同期移動変位する
ことができる。

【００９３】そして、切替ポイント以降は、Ｘナット部
材７６，第１連結部材６７が静止側となる。したがっ
て、Ｘピエゾアクチュエータ７７が伸縮すると、Ｘ粗移
動変位の場合と同様にＸテーブル６０をＸ軸方向にＸ微
移動変位させかつ０．１μｍ以下の高精度で位置決めす
ることができる。Ｘ変位量検出手段１５０を用いてフィ
ードバック制御する。

【００９４】さらに、Ｘテーブル６０の位置決めと同時
的（または、その後）に、Ｒコントローラ１９０は、回
転テーブル９０の角度位置決めを行う。

【００９５】まず、角度固定手段１２０のＳピエゾアク
チュエータ１２３を伸長させることにより、ストッパー
１２５を回転テーブル９０の周面９３から外す。次い
で、回転テーブル位置決め駆動手段１００のＲピエゾア
クチュエータ１１０を伸縮させる。この伸縮量（図７の
“Ｐｘ１”）は、増幅機構１０１によって拡大され、駆
動ピン１０９を移動変位させる。したがって、係合部９
２を、Ｒバネ８２の付勢に抗しあるいはその付勢方向
に、移動変位させられる。これにより、回転テーブル９
０をＺ軸中心に基準角度から±１度の精度で角度変位で
きる。しかる後に、角度固定手段１２０を働かせ、ブレ
ーキする。

【００９６】なお、Ｘ・Ｙピエゾアクチュエータ５７，
７７はもとより、回転テーブル９０に接近するＲ、Ｓピ
エゾアクチュエータ１１０，１２３も磁界を発生しない
ので、電子線に悪影響を与えることはない。

【００９７】しかして、この実施形態によれば、基準ベ
ース１１に対しＹテーブル４０とＹ軸方向に相対移動可
能な補助Ｙテーブル４２を設けるとともに、Ｙテーブル
位置決め駆動手段５０をＹモータ５１からなるＹ駆動源
と，Ｙモータ５１のＹ回転動力を真空容器１内に伝達す
るＹ回転軸５４と，真空容器１内においてＹ回転動力を
利用して補助Ｙテーブル４２のＹ粗移動変位量Ｙｌに変
換するＹねじ軸５５およびＹナット部材５６と，このナ
ツト部材５６と補助Ｙテーブル４２とを一体的に連結す
る第１連結部材４３と，Ｙテーブル４０と補助Ｙテーブ
ル４２との間に設けられかつＹバネ１３の付勢力を利用
してＹテーブル４０と補助Ｙテーブル４２とをＹ軸方向
に一体的に連結可能かつＹ軸方向に伸縮して補助Ｙテー
ブル４２側からＹテーブル４０側にＹ微移動変位量Ｙｓ
を増減可能なＹピエゾアクチュエータ５７とから形成さ
れ、Ｙテーブル４０に対しＸテーブル６０とＹ軸方向に
相対移動可能かつＸ軸方向に同期移動可能な補助Ｘテー
ブル６４を設けるとともに、Ｘテーブル位置決め駆動手
段７０をＸモータ７１からなるＸ駆動源と，Ｘモータ７
１のＸ回転動力を真空容器１内に伝達するＸ回転軸７４
と，真空容器１内においてＸ回転動力を利用して補助Ｘ
テーブル６４のＸ粗移動変位量Ｘｌに変換するＸねじ軸
７５およびＸナット部材７６と，Ｘナット部材７６およ
び軸線方向伸縮可能継手６６と一体的な第１連結部材６
７と，軸線方向伸縮可能継手６６と補助Ｘテーブル６４
とを連結する第２連結部材６５と，Ｘナット部材７６と
補助Ｘテーブル４２との間の軸線方向伸縮可能継手６６
内に配設されかつＸ軸方向に伸縮してＸナット部材７６
側から補助Ｘテーブル６４側にＸ微移動変位量Ｘｓを増
減可能なＸピエゾアクチュエータ７７とから形成され、
さらに、Ｙメインスケール１４１とＹインデックススケ
ール１４３とを含み基準ベース１１に対するＹテーブル
４０のＹ軸方向のＹ粗移動変位量とＹ微移動変位量との
和であるＹ総移動変位量を検出可能なＹ変位量検出手段
１４０と，Ｘメインスケール１５１とＸインデックスス
ケール１５３とを含み基準ベース１１に対するＸテーブ
ル６０のＹテーブル４０を介したＸ軸方向のＸ粗移動変
位量とＸ微移動変位量との和であるＸ総移動変位量を検
出可能なＸ変位量検出手段１５０とを設けた構成とされ
ているので、各モータ５１，７１による位置決め精度は
各ピエゾアクチュエータ５７，７７の伸縮可能範囲内に
あればよくかつ各ピエゾアクチュエータの伸縮可能範囲
は例えば±８μｍでかつ電圧に応じて例えば０．０１μ
ｍ以下の精度も得られるから、高精度位置決めを達成で
きる。しかも、各ピエゾアクチュエータ５７，７７は電
圧駆動であり電界は発生するものの磁界は発生しないか
ら、電子線に悪影響を与える心配はない。さらに、真空
容器１外からコントロール可能であるから、取扱いも容
易である。また、Ｙテーブル４０とＸテーブル６０との
各軸方向の移動変位をより円滑に行えるとともにＹ・Ｘ
ナット部材５６・７６からＹ・Ｘテーブル４０・６０ま
での撓み等による大きな機械的誤差を削減することがで
きる。この点からも、より高精度な位置決めを達成する
ことができる。さらに、Ｙ・Ｘ総移動変位量Ｙｌｓ，Ｘ
ｌｓを用いて位置決め制御系をクローズドループとする
ことが容易であるとともに位置決めの途中および結果を
正確に監視できるので、一層の高精度位置決めが可能と
なりかつ取扱いも容易となる。

【００９８】

【００９９】また、Ｙテーブル位置決め駆動手段５０
（５１，５４，５５）とＸテーブル位置決め駆動手段７
０（７１，７４，７５）とが直交配設されているので、
一層の小型化を図れるとともに取扱い容易である。しか
も、各駆動源（５１，７１）をモータから形成できかつ
自動位置決めができる。

【０１００】また、Ｘテーブル位置決め駆動手段７０
（７６，７７）とＹテーブル位置決め駆動手段５０（４
３）とが上下に配設されているので、一層の小型化が図
れる。

【０１０１】また、補助Ｙテーブル４２が設けられてい
るので、Ｙテーブル位置決め駆動手段５０の一部を形成
する第１連結部材４３が長寸となっても、Ｙナット部材
５６のＹ粗移動変位量ＹｌをＹテーブル４０に正確かつ
安定して伝達できる。

【０１０２】また、補助Ｘテーブル６４が設けられてい
るので、Ｘテーブル位置決め駆動手段７０の一部を形成
する第１連結部材６７等が長寸となってもＸナット部材
７６のＸ粗移動変位量ＸｌをＸテーブル６０に正確かつ
安定して伝達できるとともに、Ｙテーブル４０の位置決
めと同時にＸテーブル６０の位置決めを行える。つま
り、位置決めの迅速化を図れる。

【０１０３】また、Ｙ・Ｘテーブル位置決め駆動手段５
０・７０の各モータ５１・７１で発生された回転動力を
各回転軸５４・７４の回転運動を利用して真空容器１内
に伝達可能であるから、シール構造（３１Ａ，３７）を
簡素化かつ低コスト化で具現化できるとともに、真空容
器１内の真空度を長期的により安定化できる。

【０１０４】また、Ｘピエゾアクチュエータ７７を軸線
方向に伸縮可能な継手６６内に配設しかつ第１連絡部材
６７と補助Ｘテーブル６０との連結をするものと形成し
てあるので、Ｘピエゾアクチュエータ７７の伸縮動作を
より正確に行えかつＸピエゾアクチュエータ７７の常時
的な軸方向負荷の軽減を図れるとともにバイアスもかけ
られる。

【０１０５】

【０１０６】また、Ｙ・Ｘ変位量検出手段１４０・１５
０が０．０１μｍ以下の分解能で検出可能なスリーグレ
ーテング方式とされているので、各テーブル位置決めを
クローズドループにより０．１μｍ以下の高精度で行え
かつ表示器１７４，１８４による正確な監視ができる。

【０１０７】さらに、Ｘテーブル６０にＹ軸およびＸ軸
と直交するＺ軸を中心に回転可能な回転テーブル９０を
設けるとともに、Ｒバネ８２の付勢力を利用して回転テ
ーブル９０の自由回転を阻止可能かつ真空容器１内に配
設されたＲピエゾアクチュエータ１１０の伸縮を利用し
てＲピエゾアクチュエータの伸縮量に対応する角度だけ
回転テーブルを回転して位置決め可能な回転テーブル位
置決め駆動手段１００が設けられているので、回転テー
ブル９０をＺ軸を中心に例えば±２度の角度範囲内で回
動しつつ例えば±１度以内に位置決めすることができか
つ位置決め後の角度をＲバネ８２の付勢力で保持でき
る。したがって、電子線とワークとの２次元（Ｙ，Ｘ）
的な相対位置を迅速に調整できるので、適用性を一段と
拡大できる。

【０１０８】また、回転テーブル位置決め駆動手段１０
０の駆動源がＲピエゾアクチュエータ１１０から形成さ
れているので、真空容器１内に配設できる。したがっ
て、この点からも小型化が図れかつ回転テーブル９０を
高速度で小角度位置決めができる。しかも、Ｘテーブル
位置決め駆動手段７０（７１）およびＹテーブル位置決
め駆動手段５０（５１）と真空容器１外において取扱い
上の干渉が生じないので、一段と取扱いが容易である。

【０１０９】また、回転テーブル位置決め駆動手段１０
０が２組のテコを含む乗算方式の増幅機構１０１を含
み、Ｒピゾアクチュエータ１１０の伸縮量を１００倍以
上にも増幅可能とされているので、回転テーブル９０の
位置決め角度の拡大化および任意角度での位置決めを切
替えつつ行える。

【０１１０】さらに、Ｓピエゾアクチュエータ１２３を
用いた角度固定手段１２０が設けられているので、回転
テーブル位置決め駆動手段１００で位置決めされた回転
テーブル角度を正確に保持できる。

【０１１１】さらに、各コントローラ１７０，１８０，
１９０が上位機（パソコン）１６０からの位置決め設定
変位量（Ｙｌｓ，Ｘｌｓ，Ｒ）に基き、自動位置決め制
御可能に形成されているので、取扱いが一段と容易で利
用性が高まる。

【０１１２】さらにまた、各コントローラ１７０，１８
０，１９０が手動設定により各位置決めを実行可能に形
成されているので、試験・研究を一段と高能率で行え得
る。

【０１１３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、基準ベースに
対しＹテーブルとＹ軸方向に相対移動可能な補助Ｙテー
ブルを設け、Ｙテーブル位置決め駆動手段をＹ駆動源と
Ｙ回転軸とＹねじ軸およびＹナット部材と第１連結部材
とＹピエゾアクチュエータとから形成され、Ｙテーブル
に対しＸテーブルとＹ軸方向に相対移動可能かつＸ軸方
向に同期移動可能な補助Ｘテーブルを設け、Ｘテーブル
位置決め駆動手段７０をＸ駆動源とＸ回転軸とＸねじ軸
およびＸナット部材とＸナット部材および軸線方向伸縮
可能継手と一体的な第１連結部材と第２連結部材とＸピ
エゾアクチュエータとから形成され、さらに、Ｙメイン
スケールとＹインデックススケールとを含み基準ベース
に対するＹテーブルのＹ粗移動変位量とＹ微移動変位量
との和であるＹ総移動変位量を検出可能なＹ変位量検出
手段とＸメインスケールとＸインデックススケールを含
み基準ベースに対するＸテーブルのＸ粗移動変位量とＸ
微移動変位量との和であるＸ総移動変位量を検出可能な
Ｘ変位量検出手段とを設けた位置決め装置であるから、
次のような優れた効果を奏することができる。各モー
タによる位置決め精度は各ピエゾアクチュエータの伸縮
可能範囲内にあればよくかつ各ピエゾアクチュエータの
伸縮可能範囲は例えば±８μｍでかつ電圧に応じて例え
ば０．０１μｍの精度も得られるから、高精度位置決め
を達成できるとともに小型化および低コスト化を達成で
きる。 しかも、各ピエゾアクチュエータは電圧駆動で
あり電界は発生するものの磁界は発生しないから、電子
線に悪影響を与える心配はない。ＹテーブルとＸテー
ブルとの各軸方向の移動変位をより円滑に行えるととも
にＹ・Ｘナット部材からＹ・Ｘテーブルまでの撓み等に
よる大きな各機械的誤差を削減することができる点から
も、より高精度な位置決めを達成することができる。
また、真空容器外からコントロール可能であるから、取
扱いも容易である。さらに、Ｙ・Ｘ総移動変位量を用
いて位置決め制御系をクローズドループとすることが容
易であるとともにその結果等を正確に監視できる。一層
の高精度位置決めが可能となりかつ取扱いも容易となる

【０１１４】

【０１１５】

【０１１６】また、請求項２の発明によれば、Ｘテーブ
ルにＹ軸およびＸ軸と直交するＺ軸を中心に回転可能な
回転テーブルを設けるとともに、Ｒバネの付勢力を利用
して回転テーブルの自由回転を阻止可能かつ真空容器内
に配設されたＲピエゾアクチュエータの伸縮を利用して
Ｒピエゾアクチュエータの伸縮量に対応する角度だけ回
転テーブルを回転して位置決め可能な回転テーブル位置
決め駆動手段が設けられているので、請求項１の発明の
場合の効果に加え、電子線とワークとの２次元（Ｙ，
Ｘ）的な相対位置を迅速に調整できるので、適用性を一
段と拡大できる。さらに、Ｘテーブル位置決め駆動手段
およびＹテーブル位置決め駆動手段と真空容器外におい
て取扱い上の干渉が生じないので、一段と取扱いが容易
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す側断面図である。

【図２】同じく、図１の矢視線−に基く正面縦断面
図である。

【図３】同じく、図１の矢視線−に基く縦断面図で
ある。

【図４】同じく、図１の矢視線−に基く一部を断面
した平面図である。

【図５】同じく、図１の矢視線−に基く一部を断面
した平面図である。

【図６】同じく、図１の矢視線−に基く背面図であ
る。

【図７】同じく、回転テーブル位置決め駆動手段を説明
するための平面図である。

【図８】同じく、角度固定手段を説明するための平面図
である。

【図９】同じく、各コントローラを説明するためのブロ
ック図である。

【図１０】同じく、Ｙテーブル位置決め駆動手段を用い
た位置決め動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１１】従来例を説明するための平面図である。

【図１２】同じく、側面図である。

【図１３】同じく、背面図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 容器本体 １０ 装置本体 １１ 基準ベース １３ Ｙバネ ２１ 嵌装部 ２６ フランジ部 ２７ シール部 ２８ モータ保持部 ２９ 底付円筒部材 ３０ 円筒部 ３１Ａ シール部 ３１Ｂ キャップシール部 ３６ 底部 ３７ シール部 ４０ Ｙテーブル ４１ 第２連結部材 ４２ 補助Ｙテーブル ４３ 第１連結部材 ５０ Ｙテーブル位置決め駆動手段 ５１ Ｙモータ（Ｙ駆動源） ５４ Ｙ回転軸 ５５ Ｙねじ軸 ５６ Ｙナット部材 ５７ Ｙピエゾアクチュエータ ６０ Ｘテーブル ６１ 第３連結部材 ６４ 補助Ｘテーブル ６５ 第２連結部材 ６６ 軸線方向伸縮可能継手 ６７ 第１連結部材 ７０ Ｘテーブル位置決め駆動手段 ７１ Ｘモータ（Ｘ駆動源） ７４ Ｘ回転軸 ７５ Ｘねじ軸 ７６ Ｘナット部材 ７７ Ｘピエゾアクチュエータ ８０ 軸受部 ８２ Ｒバネ ９０ 回転テーブル ９２ 係合部 ９３ 周面 １００ 回転テーブル位置決め駆動手段 １０１ 増幅機構 １０８ 支点 １０９ 駆動ピン １１０ Ｒピエゾアクチュエータ １２０ 角度固定手段 １２１ 基部 １２２ 固定アーム １２３ Ｓピエゾアクチュエータ １２４ 可動アーム １２５ ストッパー １３０ 全体傾斜駆動手段 １４０ Ｙ変位量検出手段 １４１ Ｙメインスケール １４２ Ｙ変位検出器 １４３ Ｙインデックススケール １５０ Ｘ変位量検出手段 １５１ Ｘメインスケール １５２ Ｘ変位検出器 １５３ Ｘインデックススケール １６０ 上位機 １７０ Ｙコントローラ １８０ Ｘコントローラ １９０ Ｒコントローラ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｙテーブル位置決め駆動手段によってＹ
   軸方向に移動可能なＹテーブルと，このＹテーブルとと
   もにＹ軸方向に同期移動可能かつＸテーブル位置決め駆
   動手段によってＸ軸方向に移動可能なＸテーブルとを真
   空容器内に配設し、かつＹテーブル位置決め駆動手段の
   一部を構成するＹ駆動源およびＸテーブル位置決め駆動
   手段の一部を構成するＸ駆動源を真空容器外に配設して
   なる位置決め装置において、基準ベースに対し前記Ｙテーブルと前記Ｙ軸方向に相対
   移動可能な補助Ｙテーブルを設けるとともに、前記Ｙテ
   ーブル位置決め駆動手段をＹモータからなる前記Ｙ駆動
   源と，ＹモータのＹ回転動力を前記真空容器内に伝達す
   るＹ回転軸と，前記真空容器内においてＹ回転動力を利
   用して補助ＹテーブルのＹ粗移動変位量に変換するＹね
   じ軸およびＹナット部材と，このナツト部材と補助Ｙテ
   ーブルとを一体的に連結する第１連結部材と，前記Ｙテ
   ーブルと補助Ｙテーブルとの間に設けられかつＹバネの
   付勢力を利用して前記Ｙテーブルと補助Ｙテーブルとを
   前記Ｙ軸方向に一体的に連結可能かつ前記Ｙ軸方向に伸
   縮して補助Ｙテーブル側から前記Ｙテーブル側にＹ微移
   動変位量を増減可能なＹピエゾアクチュエータとから形
   成し、 前記Ｙテーブルに対し前記Ｘテーブルと前記Ｙ軸方向に
   相対移動可能かつ前記Ｘ軸方向に同期移動可能な補助Ｘ
   テーブルを設けるとともに、前記Ｘテーブル位置決め駆
   動手段をＸモータからなる前記Ｘ駆動源と，Ｘモータの
   Ｘ回転動力を前記真空容器内に伝達するＸ回転軸と，前
   記真空容器内においてＸ回転動力を利用して補助Ｘテー
   ブルのＸ粗移動変位量に変換するＸねじ軸およびＸナッ
   ト部材と，Ｘナット部材および軸線方向伸縮可能継手と
   一体的な第１連結部材と，軸線方向伸縮可能継手と補助
   Ｘテーブルとを連結する第２連結部材と，Ｘナット部材
   と補助Ｘテーブルとの間の軸線方向伸縮可能継手内に配
   設されかつ前記Ｘ軸方向に伸縮してＸナット部材側から
   補助Ｘテーブル側にＸ微移動変位量を増減可能なＸピエ
   ゾアクチュエータとから形成し、 さらに、基準ベースおよび前記Ｙテーブルのいずれか一
   方に取付けられたＹメインスケールとその他方に取付け
   られたＹインデックススケールとを含み基準ベ ースに対
   する前記Ｙテーブルの前記Ｙ軸方向のＹ粗移動変位量と
   Ｙ微移動変位量との和であるＹ総移動変位量を検出可能
   なＹ変位量検出手段と，前記Ｙテーブルおよび前記Ｘテ
   ーブルのいずれか一方に取付けられたＸメインスケール
   とその他方に取付けられたＸインデックススケールとを
   含み基準ベースに対する前記Ｘテーブルの前記Ｙテーブ
   ルを介した前記Ｘ軸方向のＸ粗移動変位量とＸ微移動変
   位量との和であるＸ総移動変位量を検出可能なＸ変位量
   検出手段とを設けた、 ことを特徴とする位置決め装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘテーブルに前記Ｙ軸および前記Ｘ
   軸と直交するＺ軸を中心に回転可能な回転テーブルを設
   けるとともに、Ｒバネの付勢力を利用して回転テーブル
   の自由回転を阻止可能かつ前記真空容器内に配設された
   Ｒピエゾアクチュエータの伸縮を利用してＲピエゾアク
   チュエータの伸縮量に対応する角度だけ回転テーブルを
   回転して位置決め可能な回転テーブル位置決め駆動手段
   が設けられている請求項１記載の位置決め装置