JP5186280B2 - 移動ステージ装置 - Google Patents
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Description
本発明の移動ステージ装置は、台状の移動体を台厚方向に沿う移動方向に平行移動させる移動ステージ装置であって、前記移動体に対して前記移動方向に対向する位置に配置された基台部と、該基台部と前記移動体との間に配置され、前記移動方向に直交する方向に沿う軸線を回動中心として、前記基台部に回動可能に支持されたアーム部と、前記軸線に平行な直線上に少なくとも2つ並んで前記アーム部に設けられ、前記移動体を前記移動方向に支持する第1の支持部と、前記基台部と前記移動体との間に設けられ、該移動体を前記移動方向のみに移動可能に支持し、かつ前記第1の支持部が並ぶ前記直線回りの前記移動体の回動を規制して支持する第2の支持部と、前記基台部と前記移動体との間に配置され、前記アーム部に対して、前記軸線回りのモーメントを発生させる駆動力を作用させる駆動部とを備えることを特徴としている。
そして駆動部によりアーム部に対して軸線回りのモーメントを発生させる駆動力を作用させることで、アーム部に駆動力を作用させても姿勢を保ったまま移動体を移動方向のみに移動させることができる。さらに、例えば同期がとられていない複数の駆動部でアーム部に駆動力を作用させた場合であっても同様の効果を得ることができる。従って、駆動部が1つに限らずに複数の場合でも、駆動部間の調整が不要になるので、移動ステージ装置の製造を容易に行うことが可能となり製造コストを抑えることができる。
また、アーム部、第1の支持部、第2の支持部及び駆動部は、基台部と移動体との間に配置されているので、移動ステージ装置を移動体が延在する方向に小型化することが可能となる。
この発明によれば、第2の支持部は、移動体を移動方向のみに移動可能に支持し、かつ第1の支持部が並ぶ直線回りの移動体の回動を規制して支持するので、移動体の移動動作をより安定させることができる。
この発明によれば、駆動部は移動方向に直交する1軸方向に延在して設けられ、駆動部が1軸方向に伸縮することによりアーム部に駆動力を作用させる。駆動部は移動方向には伸縮しないので、移動ステージ装置を移動方向に対して小型化することが可能となる。
また、駆動部が延在する1軸方向は軸線に沿う方向に交差しているので、駆動部を1軸方向に伸縮させることで駆動部の1軸方向の他端に係止されるアーム部を軸線を中心として回動させることができる。
また、駆動部の1軸方向の一端は基台部に固定されるとともに駆動部の1軸方向の他端はアーム部に係止されている。これにより、駆動部を1軸方向に伸縮させた時に駆動部は1軸方向の一端側に移動することなく、駆動部の全変位の分だけ駆動部の1軸方向の他端に係止されるアーム部の部分を移動させることができる。従って、回動中心を中心に回動するアーム部の変位、及び移動体が移動方向に平行移動する範囲をより大きくすることができる。
この発明によれば、駆動部の1軸方向の他端とアーム部とが係止する位置から軸線までの距離よりも、第1の支持部が移動体を支持する位置から軸線までの距離の方が長くなる。従って、駆動部の1軸方向の他端の変位よりも第1の支持部が移動体を支持する位置の変位を大きくすることができ、移動体が移動方向に平行移動する範囲をより大きくすることが可能となる。
この発明によれば、軸線に沿って設けられた薄肉部が移動方向に直交するようにして、単一部材から一体に形成されたアーム部のうちの固定部を基台部の移動体側の面に固定する。これより、移動方向に直交する方向に沿って設けられた屈曲部を回動中心として基台部に回動可能に支持されたアーム部を基台部上に容易に形成することができる。
この発明によれば、アーム部が軸線を中心に回動すると、アーム部に回動可能に支持された転動体が移動体の基台部側の面を転動するので、移動体に移動方向に直交する方向の力が作用することを抑えることができる。従って、移動体が移動方向に直交する方向に移動することをより効果的に規制することができる。
前記基台部、前記アーム部、前記第1の支持部、前記第2の支持部及び前記駆動部は、前記孔部に重ならない位置に配置されていることがより好ましい。
この発明によれば、移動体に設けられた孔部に配置された被検査物に移動方向から検査光等を照射し、被検査物を透過した検査光を孔部から基台部の方向に導くことが可能となる。また、基台部、アーム部、第1の支持部、第2の支持部及び駆動部は、孔部に重ならない位置に配置されているので、移動体から基台部まで遮られずに移動ステージ装置を通過した検査光を分析することにより、被検査物の検査等を行うことができる。
以下、本発明の第1実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1から図8は、本発明の第1実施形態の移動ステージ装置の説明図である。図1は移動ステージ装置の分解斜視図、図2は移動ステージ装置の一部を破断して示す平面図、図3は図2おける切断線A1−A1の断面図、図4は移動ステージ装置の側面図、図5は図4における要部拡大図である。
図1に示すように、本実施形態の移動ステージ装置1は、台状のサンプル支持板2上に支持された被検査物Sの表面を検査する図示しない検査装置に用いられる。この検査装置は、サンプル支持板2の上方から図示しない検査光を照射しその反射光等を図示しない検出装置で測定することにより被検査物Sの表面を検査する。そして被検査物Sの表面を検査する時に、サンプル支持板2をその台厚方向に沿う移動方向Hに平行移動させることにより、検査光の焦点を合わせることが可能となっている。
なお、サンプル支持板2の厚さ方向とは被検査物Sを支持する面であるサンプル支持面2aに直交する方向であり、検出装置の通常の使用においては移動方向Hが鉛直方向であるZ方向となるように配置される。
なお、サンプル支持板2は特許請求の範囲の移動体に相当する。また、以下で説明する構成は、駆動部7に図示しない電圧発生装置で電圧を印加していない状態を示している。
移動ステージ装置1の各構成のベースとなる基台部3は矩形の平板状に形成され、平板状の面はZ方向に直交するように設置される。そして本実施形態では基台部3のZ方向に直交する面の隣り合う2辺は互いに直交するように設定され、それらの2辺が配置される方向をX方向及びY方向とする。
なお、後で詳しく説明するように、屈曲部4bが固定部4aに沿うように設けられる1方向を軸線C1、すなわち回動中心として、アーム部4はロッドベース4c及び2つのロッド4dを回動可能に基台部3に支持される。
また、ロッドベース4cの2つのロッド4dの基端が固定された面の中央部には、半球状に形成された伝達部材12の半球面がY方向であってロッド4dの先端側を向くように固定されている。
また、固定部4a、屈曲部4b、ロッドベース4c及び2つのロッド4dは、単一部材から一体に形成されている。具体的には、コ字形をした単一部材を準備し、このコ字形の両腕をロッド4dとし、このコ字形の底部に対して該コ字形の底面と平行な溝を設けることにより、該溝の底に残した部分を屈曲部4bとし、該溝によって区分けされたコ字形の底部の一方をロッドベース4c、他方を固定部4aとして形成されている。この溝の加工としては、放電加工が用いられる。なお、この単一の部材はステンレス製板材等の金属製弾性部材であることが好ましい。
図4及び図5に示すように、第2の支持部6は、基台部3のサンプル支持板2側の面のY方向の両端部に固定された箱状の一対の固定ガイド6aと、一対の固定ガイド6aの間に隣接して配置されY方向に延在する箱状に形成されサンプル支持板2の底面2bに固定された移動ガイド6bと、一対の固定ガイド6aと移動ガイド6bを連結する4つのくの字形状の弾性ヒンジ6cとを有する。この弾性ヒンジ6cの形成に際しては放電加工、レーザ加工等により第2の支持部6に対して貫通する貫通溝を設けることにより行う。
なお、移動ガイド6bの4隅には、段部6dがそれぞれ形成されており、サンプル支持板2側の段部6dは固定ガイド6a上面よりも突出し、基台部3側の段部6dは固定ガイド6a下面よりも窪んだ状態となっている。
同様に、下方に配置された弾性ヒンジ6cは、移動ガイド6bの側面6fの下端部から段部6d側にY方向に伸びる第1の連結部6gと、固定ガイド6aの側面6eの下端部の少し高い位置から第1の連結部6gの下方を第1の連結部6gに沿って伸びる第2の連結部6hと、第1の連結部6gと第2の連結部6hとを連結するヒンジ部6iと、を備えている。そして第2の連結部6hの下面は、固定ガイド6aの下面よりも高くなっているので、下方側に突出した固定ガイド6aの下面が基台部3のサンプル支持板2側の面(上面)に固定される。
第1の連結部6gと第2の連結部6hはZ方向の厚さは薄いが、第1の連結部6g、第2の連結部6h及びヒンジ部6iはX方向の幅が広くなるように構成されている。
なお、特許請求の範囲の1軸方向は、Y方向に沿った方向となる。
駆動部7は箱状に形成された積層型の圧電素子であり、図示しない電圧発生装置から印加される電圧により駆動部7が延在するY方向に伸縮することが可能になっている。そして、図3に示すように、駆動部7の1軸方向の他端7bと伝達部材12とが係止する位置P1は、第1の支持部5がサンプル支持板2を支持する位置P2より基台部3側に配置される。
なお、本実施形態では駆動部7として積層型の圧電素子を用いたが、これに限ることなく磁歪素子等の他の固体状の変形素子を用いてもよい。
また、アーム部4、第1の支持部5、第2の支持部6及び駆動部7は、基台部3とサンプル支持板2との間に配置されている。
図6(a)及び図6(b)はそれぞれ駆動部7に電圧を印加していない時及び駆動部7に所定の電圧を印加した時の構成を示す説明図である。また、図6(c)及び図6(d)はそれぞれ駆動部7に電圧を印加していない時及び駆動部7に所定の電圧を印加した時の各部材の変位を示す模式図である。
図6(a)及び図6(c)に示す駆動部7に電圧を印加していない状態から、図示しない電圧発生装置で駆動部7に所定の電圧を印加すると、駆動部7が伸びて駆動部7の他端7bがY方向の伝達部材12側に伸びて所定の大きさΔYだけ変位する。すると、図6(b)及び図6(d)に示すように、固定部4aを介して基台部3に固定された、薄肉で変形しやすい屈曲部4bを中心としてアーム部4のロッドベース4cが回動することにより、駆動部7の他端7bに係止される伝達部材12の位置もY方向にΔYだけ変位する。この時、ロッドベース4cを介してロッド4dには駆動部7から軸線C1回りのモーメントとなる駆動力を作用されていて、ロッド4dに支持された転動体である2つの第1の支持部5は、サンプル支持板2の底面2bを支持しながらロッド4dとともに軸線C1を中心に回動しながら、直線C2を中心に回動することになる。
こうして図7に示すように、第1の支持部5は、駆動部7に電圧を印加していない状態から所定の電圧を印加した状態となったときに、変位D1だけZ方向に移動する一方で、Y方向にも変位D2だけ移動している。
図8に示すように、サンプル支持板2の底面2bに固定された移動ガイド6bは上方に移動する時に、第1の連結部6gと第2の連結部6hのZ方向の厚さは薄いのでZ方向に変形する。すなわち、上方に配置された弾性ヒンジ6cは第1の連結部6gと第2の連結部6hが変形してそれぞれの間隔が狭まり、下方に配置された弾性ヒンジ6cは第1の連結部6gと第2の連結部6hが変形してそれぞれの間隔が広がる。そして、上方及び下方に配置された弾性ヒンジ6cの両方から移動ガイド6bを下方に移動させる復元力が生じる。
ただし、第1の連結部6gと第2の連結部6hのX方向の幅が広いので弾性ヒンジ6cのX方向の変形が規制される。また、移動ガイド6bは、その4隅が弾性ヒンジ6cにより支持されているので、移動ガイド6bは移動方向H(Z方向)に平行移動するようになっている。
こうして第2の支持部6は、サンプル支持板2を移動方向Hのみに移動可能、かつX方向回りの回動を規制して支持することとなる。
そして駆動部7によりアーム部4の伝達部材12に対して軸線C1回りのモーメントを発生させる駆動力を作用させることで、ロッドベース4cを介してロッド4dに駆動力を作用させても姿勢を保ったままサンプル支持板2を移動方向Hのみに移動させることができる。
また、アーム部4、第1の支持部5、第2の支持部6及び駆動部7は、基台部3とサンプル支持板2との間に配置されているので、移動ステージ装置1をサンプル支持板2が延在する方向に小型化することが可能となる。
また、駆動部7が延在する1軸方向は軸線C1に沿う方向に交差しているので、駆動部7を1軸方向に伸縮させることで駆動部7の1軸方向の他端に係止されるアーム部4のロッドベース4cを介してロッド4dを軸線C1を中心として回動させることができる。
また、駆動部7の1軸方向の一端7aは基台部3に固定されるとともに駆動部7の1軸方向の他端7bはアーム部4に係止されている。これにより、駆動部7を1軸方向に伸縮させた時に駆動部7は1軸方向の一端7a側に移動することなく、駆動部7の全変位の分だけ駆動部7の1軸方向の他端7bに係止されるアーム部4の部分を移動させることができる。従って、回動中心となる軸線C1を中心に回動するアーム部4のロッド4dの変位、及びサンプル支持板2が移動方向Hに平行移動する範囲をより大きくすることができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図9から図11は、本発明の第2実施形態の移動ステージ装置の説明図である。図9は移動ステージ装置の分解斜視図、図10は移動ステージ装置の一部を破断して示す平面図、図11は図10おける切断線A2−A2の断面図である。
なお説明の便宜上、本発明の第2実施形態において、前述の第1実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
図9から図11に示すように、第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、以下のようである。
まず、第2実施形態では、サンプル支持板22のサンプル支持面2aに移動方向Hに沿って貫通する孔部22aが設けられている。そして、基台部23、アーム部24、第1の支持部5、第2の支持部6及び駆動部7は、孔部22aに重ならない位置に配置されている。なお、基台部23、アーム部24、第1の支持部5、第2の支持部6及び駆動部7が孔部22aに重ならないとは、移動方向Hから見た平面視で、孔部22aに基台部23、アーム部24、第1の支持部5、第2の支持部6及び駆動部7が重なることなく配置されていることを意味する。
そして、第2実施形態では、駆動部7がY方向に延在するようにX方向に2つ並んで配置されている。
ロッド24aの中央部には、アーム部24のロッドベース4cを介してロッド24aが軸線C1を中心に所定範囲を回動する間にサンプル支持板22の孔部22aに重ならないように、孔部24bが設けられている。
ロッドベース4cの1つのロッド24aの基端が固定された面の両端部には、半球状に形成された2つの伝達部材12が、その半球面がY方向であってロッド24aの先端側を向くようにそれぞれ固定されている。
第1の支持部5は、軸線C1に平行な直線C3上に孔部22aを挟むように2つ並んで配置され、ロッド24aの上面に設けられた穴部に各第1の支持部5の一部がロッド24aの上方に突出するように収容されるとともに、第1の支持部5の回動軸と直線C3が一致するように回動自在にロッド24aの中央部に支持されている。
そして、それぞれの駆動部7の一端7aが支持ブロック11に固定されるとともに、2つの駆動部7の他端7bは2つの伝達部材12にそれぞれ係止されている。
なお、本実施形態の移動ステージ装置21の作用については、上記の第1実施形態と同様なので説明を省略する。
例えば、干渉計において、被検査物の透過波面を観察する際には、被検査物に検査光を透過させ、その検査光を分析する。その検査は、被検査物を載せる移動ステージ装置21に貫通孔があり、検査光を通過させる事により実現可能となる。
また、同期がとられていない2つの駆動部7でロッドベース4cを介してアーム部24に駆動力を作用させても、基台部23を移動方向Hに平行移動させることができる。従って、駆動部7間の調整が不要になるので、移動ステージ装置21の製造を容易に行うことが可能となり製造コストを抑えることができる。
以下、本発明の第3実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図12から図16は、本発明の第3実施形態の移動ステージ装置の説明図である。図12は移動ステージ装置の分解斜視図、図13は移動ステージ装置の一部を破断して示す平面図、図14は図13おける切断線A3−A3の断面図である。
なお説明の便宜上、本発明の第3実施形態において、前述の第1実施形態及び第2実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。
図12から図14に示すように、第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、以下のようである。
まず、第3実施形態では、第2実施形態と同様にサンプル支持板22のサンプル支持面2aに移動方向Hに沿って貫通する孔部22aが設けられている。そして、移動ステージ装置31を構成する要素、すなわち基台部23、アーム部34、第1の支持部5、第2の支持部6、伝達部材12、駆動部7及び後述する変換部41は、孔部22aに重ならない位置に配置されている。
そして、第3実施形態では、X方向に延在して配置される駆動部7は、駆動部7によるX方向への変位をZ方向への変位に変換する変換部41を介して基台部23の上面に固定されるとともにアーム部34の後述するロッドベース34cの下面に係止されている。
具体的には、例えば、コ字形をして固定部34aに相当する側が折り曲げられた単一部材を準備し、このコ字形の両腕をロッド34dとし、このコ字形の底部をロッドベース34cとし、ロッドベース34cと折り曲げられた固定部34aとの間の底部に対して、コ字形の底面と平行な溝を放電加工により設けることにより形成されている。そして、折り曲げられた固定部34aの先端側が基台部23に固定されるが、固定部34aの基端側(すなわち、アーム部34の上面側)の高さは、第2の支持部6の高さよりも低く、また、サンプル支持板22の底面2bとの間に隙間が設けられている。
なお、屈曲部34bが固定部34aに沿うように設けられる1方向を軸線C4、すなわち回動中心として、アーム部34の固定部34aは、ロッドベース34cを介してロッド34dを回動可能に基台部23に支持される。
また、アーム部34のロッド34dが軸線C4を中心に所定範囲を回動する間にサンプル支持板22の孔部22aに重ならないように、アーム部34の形状が決められている。
また、変換部41に固定された駆動部7をロッドベース34cの底面に係止させるため、ロッドベース34cの底面は固定部34aの底面より上方になるように設定されている。
なお、本実施形態においては第1実施形態で用いられていた支持ブロック11は用いられない。また、変換部41のY方向からの概略形状は、ひし形状の隣り合う面間を連結する梁が架け渡されることにより形成される8角形状の薄肉構造体である。
また、図16(a)及び図16(b)はそれぞれ駆動部7に所定の電圧を印加した時及び駆動部7に所定の電圧から下げた電圧を印加した時の移動ステージ装置31の構成を示す説明図、16(c)及び図16(d)はそれぞれ駆動部7に所定の電圧を印加した時及び駆動部7に所定の電圧から下げた電圧を印加した時の移動ステージ装置31の変位を示す摸式図である。
そして、駆動部7に印加する電圧の制御により、図16(a)及び図16(c)に示す状態から、第1の支持部5を有するロッド34d及びロッドベース34cが屈曲部34bを中心に回動し、図16(b)及び図16(d)に示すように第1の支持部5により支持されたサンプル支持板22がZ方向の上方に平行移動する。
例えば、上記第1実施形態で備えられた第2の支持部6に替えて、図17に示すような、サンプル支持板2をサンプル支持面2aに対して直交する方向に移動させる第2の支持部46を用いてもよい。この第2の支持部46は、固定ガイド46aと移動ガイド46bとの間に放電加工やレーザ加工でH形に形成された各溝と、この各溝と固定ガイド46の上面及び移動ガイド46bの下面との間にそれぞれ形成された屈曲部46c(図17では8つある)を有する。そして、第2の支持部46は、4つの屈曲部46cが平行四辺形の各頂点の位置を保ったままで移動ガイド46bが移動することにより、基台部3のサンプル支持板2側の面(上面)に固定された固定ガイド46aに対し、サンプル支持板2の底面2bに固定された移動ガイド46bをZ方向に平行移動させるものである。
なお、上記第2実施形態及び第3実施形態においても同様の構成とすることができる。
また第1の支持部5の先端部の角をサンプル支持板2の底面2bに当接させるようにして、該角を第1の支持部5としてもよい。この場合、滑りを良くするために、第1の支持部5の先端部の角とサンプル支持板2の底面2bとの間に潤滑剤を塗布したり、潤滑部材を組み込んだりすることが好ましい。
なお、上記第2実施形態及び第3実施形態においても同様の構成とすることができる。
上記第3実施形態においても同様の構成とすることができる。
なお、上記第2実施形態及び第3実施形態におけるサンプル支持板22についても同様の構成とすることができる。
また、上記第1実施形態及び第2実施形態において、伝達部材12を用いないで駆動部7の1軸方向の他端7bでアーム部4に直接駆動部7の駆動力を作用させてもよい。
また、上記第1実施形態から第3実施形態では、基台部3又は基台部23上に一対の第2の支持部6が固定されていたが、固定される第2の支持部6の数は1つでもよい。
また、上記第1実施形態から第3実施形態では、駆動部7を移動方向Zに平行に、又は移動方向Zに交差する方向に延在するように配置させてもよい。
なお、上記第2実施形態においても同様の構成とすることができる。
2、22 サンプル支持板(移動体)
3、23 基台部
4、24、34 アーム部
4a、24a、34a 固定部
4b、24b、34b 屈曲部
5 第1の支持部
6 第2の支持部
7 駆動部
C1、C4 回動軸
C2、C3、C5 直線
H 移動方向
Claims (7)
- 台状の移動体を台厚方向に沿う移動方向に平行移動させる移動ステージ装置であって、
前記移動体に対して前記移動方向に対向する位置に配置された基台部と、
該基台部と前記移動体との間に配置され、前記移動方向に直交する方向に沿う軸線を回動中心として、前記基台部に回動可能に支持されたアーム部と、
前記軸線に平行な直線上に少なくとも2つ並んで前記アーム部に設けられ、前記移動体を前記移動方向に支持する第1の支持部と、
前記基台部と前記移動体との間に設けられ、該移動体を前記移動方向のみに移動可能に支持し、かつ前記第1の支持部が並ぶ前記直線回りの前記移動体の回動を規制して支持する第2の支持部と、
前記基台部と前記移動体との間に配置され、前記アーム部に対して、前記軸線回りのモーメントを発生させる駆動力を作用させる駆動部とを備えることを特徴とする移動ステージ装置。 - 請求項1に記載の移動ステージ装置において、
前記第2の支持部は、前記基台部と前記移動体を連結するとともに、前記移動体の前記基台部側の面の前記軸線に沿う方向の両端部に一対配置されていることを特徴とする移動ステージ装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の移動ステージ装置において、
前記駆動部は、前記移動方向に直交するとともに前記軸線に沿う方向に交差する1軸方向に延在して該1軸方向に伸縮可能に設けられ、該1軸方向の一端が前記基台部に固定されるとともに、前記1軸方向の他端が前記アーム部に係止されていることを特徴とする移動ステージ装置。 - 請求項3に記載の移動ステージ装置において、
前記駆動部の前記1軸方向の他端と前記アーム部とが係止する位置は、前記第1の支持部が前記移動体を支持する位置より前記基台部側に配置されることを特徴とする移動ステージ装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の移動ステージ装置において、
前記アーム部は、前記基台部の前記移動体側の面に固定される固定部と、該固定部に前記軸線に沿って設けられた薄肉部よりなる屈曲部を有し、前記アーム部は単一部材から一体に形成されていることを特徴とする移動ステージ装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の移動ステージ装置において、
前記第1の支持部は転動体であり、該転動体は前記アーム部に回動可能に支持されるとともに、前記転動体は前記移動体に当接した時には該移動体に対して転動可能に配置されていることを特徴とする移動ステージ装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の移動ステージ装置において、
前記移動体には前記移動方向に沿って貫通する孔部が設けられ、
前記基台部、前記アーム部、前記第1の支持部、前記第2の支持部及び前記駆動部は、前記孔部に重ならない位置に配置されていることを特徴とする移動ステージ装置。
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