JPH0389876A - 圧電アクチュエータおよびそれを用いたステージ装置 - Google Patents
圧電アクチュエータおよびそれを用いたステージ装置Info
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- JPH0389876A JPH0389876A JP1225058A JP22505889A JPH0389876A JP H0389876 A JPH0389876 A JP H0389876A JP 1225058 A JP1225058 A JP 1225058A JP 22505889 A JP22505889 A JP 22505889A JP H0389876 A JPH0389876 A JP H0389876A
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Classifications
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
チュエータによって駆動されるステージ装置に関し、特
に、圧電素子を用いた高精度のアクチュエータおよびそ
のアクチュエータを用いたステージ装置に関する。
光装置においては、マスクとウェーハの最終重合せ精度
が0.05μm以下のレベルになることが要求される。
て、DCモータとボールネジを組み合わせたものが用い
られていた。その位置決め精度は約0.1μmのオーダ
であった。このDCモータとボールネジを組み合わせた
方式ではガタやバックラッシを完全になくすことは難し
く、0.01μmあるいはそれ以下の位置決め精度を実
現することは極めて困難であると考えられる。
圧電素子を用いたものが提案されている。
答性が低い。
いたアクチュエータによっては、要求される高精度の位
置決めが極めて困難である。
めを行う可能性を有するが、その能力を十分に発揮する
構造が未だ開発されているとはいえない。
可能とし、かつ操作の容易な圧電アクチュエータを提供
することである 本発明の他の目的は、上述のような、圧電アクチュエー
タを用いたステージ装置を提供することである。
向に伸縮する圧電素子を用いた圧電アクチュエータであ
って、第1の方向の部分と該第1の方向に交差する第2
の方向の部分とを有する固定支持部と、第1の方向に伸
縮方向を有する圧電素子と、圧電素子を該固定支持部の
第1の方向の部分に結合し、圧電素子の第1の方向の移
動を許容して移動量に応じた弾性力を発生すると共に他
の方向の移動を実質的に禁止する第1弾性ヒンジ部と、
該固定支持部の第2の方向の部分と該圧電素子の1@ど
の間に挿入され、その間の距離を制御するウェッジ部材
とを有する圧電アクチュエータが提供される。
度の予圧を付与することが望ましい。
容して移動量に応じた弾性力を発生し、他の方向の移動
を実質的に禁止する第1弾性ヒンジ部で支持することに
より、圧電素子を高精度で第1の方向のみに駆動するこ
とが可能となる。
入することにより、容易に所望の予圧を与えることがで
きる。
示す斜視図である。ベース構造体1は図中Y方向の1対
の固定腕部1aと1対の柱部材1b、梁部材1cより構
成される。このベース構造体内にZ方向に案内する2対
の弾性部材4a、4bが接続されている。すなわち、固
定腕部1a、柱部材tb、梁部材1cによって1つの剛
体としての略U字形構造が構成される。ベース上にこの
U字形構造のいずれかの部分を固定する。積層圧電素子
2はこのU字形状のベース構造体の1対の柱部材1bの
中間に配置される。圧電素子2を中心として見た時、1
対の柱部材1bが対称的に配置されるのが好ましい、こ
の積層圧電素子には、歪みゲージ3が取り付けられてお
り、積層圧電素子2の変位をモニタする。圧電素子2と
1対の柱部材1bとの間は対称の位置に配置された2対
の板バネ部材4a、4b、によって結合されている。
ネ部材4a、4bによって柱部材1bの上端に結合され
、圧電素子2の下端が1対の板バネ部材4cによって柱
部材1bの下方に結合されている。積層圧電素子2の下
端は、また梁部材ICとの間に間隙を有し、そこにウェ
ッジ部材6が挿入、結合されている。すなわち、ウェッ
ジ部材6を図中左側に駆動すると、ウェッジ部材の厚い
部分が積層圧電素子2と梁部材ICとの間に挿入され、
積層圧電素子2により大きな予圧を与える。
素子の下端と梁部材ICとの間の余裕が大となり、積層
圧電素子2に与える予圧は減少する。
ることによって駆動することができる。すなわち、ネジ
部材8を回転することによって、積層圧電素子2に与え
る予圧を調整することができる0以上の構成において、
U字型の剛性部の中に積層圧電素子が予圧を付与されて
配置され、電圧駆動されることによりその上端が変位す
る0M層圧電素子2の上端には、第2弾性ヒンジ部5が
結合されている4図示の構成においては、積層圧電素子
2の上端が板バネ部材4a、4bを固定する中間保持部
9と結合され、この中間保持部9に第2弾性ヒンジ部5
の下面が接着、固定されている。
ミナ入り接着剤で固着される。アルミナは接着剤に剛性
を付与する機能を果たす。
方向)に沿って高い剛性を有し、このZ方向と直交する
XY平面内の力に対しては弱い弾性を示すものである0
図示の構成においては、断面形状が円柱の外周を円弧状
にけずり取られた球面ヒンジによって構成されている。
て小さな径を有する。積層圧電素子2が伸びると、この
第2弾性ヒンジ部5がZ方向に駆動され、第2弾性ヒン
ジ部5の上端に固定された被駆動体7をZ方向に駆動す
る。被駆動体7に働く力にアンバランスがあって、その
面が傾く場合には被駆動体7から第2弾性ヒンジ部5に
XY平面内方向の力が作用するが、第2弾性ヒンジ部5
はXY面内方向には弱い弾性を有するので、容易にXY
面内方向の力に従って弾性変形する。従って、被駆動体
7自体に過大な歪み応力を発生させることがない。
は歪みゲージ3が貼り付けられ、圧電素子2の変位をフ
ィードバックする。積分補償によるフィードバック系を
形成して、閉ループを構成する。この構成の具体的1例
においては、開ループで約15%あったヒステリシスが
、閉ループによるフィードバックによって約0.1%程
度となった。
子には所望の予圧が印加され、電気信号に従って所望の
圧電変位を発生する。積層圧電素子2の変位はZ方向の
変位のみを許容する第1弾性ヒンジ部4 (4a、4b
)によって案内されてZ方向の変位として第2弾性ヒン
ジ部5に伝えられる。第2弾性ヒンジ部は2方向に対し
ては高い剛性を有するので、積層圧電素子2から伝えら
れた2方内変位を被駆動体7に伝達する。逆に、被駆動
体7から伝わる2方向以外の変位に対しては、第2弾性
ヒンジ部5が変位を生ずることによってその力を吸収す
る。
用したステージ装置を示す斜視図である。
載置するウェーハチャック16を有し、端部にX、Y2
方向の位置モニタ用り型ミラー17を有する。L型ミラ
ー17には図示しないレーザよりのレーザ光が入射され
、干渉によってX7面内の位置をモニタする。メインス
テージ15は3つの結合部材18a、18b、18cと
、第1図に示した圧電アクチュエータ3個10a、10
b、10cによってベース構造体11に結合されている
。圧電アクチュエータ10a、10b、10cはそれぞ
れ積層圧電素子3a、3b、3cによって駆動されて、
Z方向の駆動力を発揮する。
性ヒンジ部5a、5b、5cを介して結合部材18a、
18b、18cに伝えられ、メインステージ15を駆動
する。結合部材18a、18b、18cは、たとえば、
アルミナ粉末を充填した接着剤である。もちろんネジ等
の機械的結合部材を用いることもできる。
場合には、メインステージ15はZ方向に並進運動をす
る。3つの積層圧電素子3a、3b、3cの駆動量を変
えると、Z方向の並進、X軸回りの回転θX、y軸回り
の回転θYの組み合わせを起すことができる。
用点は、好ましくは正三角形の頂点に選ぶ0作用点が正
三角形になるように選ぶことにより、3つの圧電アクチ
ュエータはそれぞれが均等のものとなる。
異なる場合には、厳密にはメインステージ15の面の傾
きが変化し、その傾きに応じた力が各積層圧電素子にか
かる。ここで、第2弾性ヒンジ部5a、5b、5cがそ
れぞれZ方向に垂直なXY平面内においては、弱い剛性
を有するので、このような力は第2弾性ヒンジ部5が変
形することによって吸収される。
テージ装置を支持することにより、Z方向、θX回転、
θY回転の3自由度における駆動が高精度に行える。
わせたことにより、コンパクトで軽量なm造により、精
度の高いアクチュエータおよびステージ装置が実現され
る。
置を実現することによって、コンパクトな構成と高い応
答性が得られる。
ジが受ける反力は小さく、従って、その内部に生じる応
力も小さい、その結果、メインステージに生じる変形も
小さくできる。
対象物に伝達するため、ガタやバックラッシのない高精
度の駆動が可能となる。
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。
て高精度で応答性の高いアクチュエータおよびそれを用
いたステージ装置を提供することができる。
斜視図、 第2図は、第1図に示す圧電アクチュエータを用いたス
テージ装置を示す斜視図である。 図において、 a b C ベース構造体 固定腕部 柱部材 梁部材 積層圧電素子 歪みゲージ 第1弾性ヒンジ部 6 0 1 5 6 7 8 第2弾性ヒンジ部 ウェッジ部材 被駆動体 圧電アクチュエータ ペース構造体 メインステージ ウェーハチャック L型ミラー 結合部材
Claims (4)
- (1)、印加する電気的信号に応じて第1の方向に伸縮
する圧電素子を用いた圧電アクチュエータであって、 第1の方向の部分と該第1の方向に交差する第2の方向
の部分とを有する固定支持部と、第1の方向に伸縮方向
を有する圧電素子と、圧電素子を該固定支持部の第1の
方向の部分に結合し、圧電素子の第1の方向の移動を許
容して移動量に応じた弾性力を発生すると共に他の方向
の移動を実質的に禁止する第1弾性ヒンジ部と、 該固定支持部の第2の方向の部分と該圧電素子の1端と
の間に挿入され、その間の距離を制御するウェッジ部材
と を有する圧電アクチュエータ。 - (2)、前記固定支持部が第1の方向に沿った圧電素子
の両側に対称的に配置された1対の柱部材と、該1対の
柱部材の各1端を結合する1つの梁部材とを含む略U字
形状を有し、 前記第1弾性ヒンジ部が各柱部材と前記圧電素子とを対
称位置で結合する偶数個の板バネ部材を含む 請求項(1)記載の圧電アクチュエータ。 - (3)、前記圧電素子の他端に結合され、前記第1の方
向に高い剛性を有し、第1の方向に直交する方向には弾
性を有する第2弾性ヒンジ部をさらに有する請求項(1
)または(2)記載の圧電アクチュエータ。 - (4)、前記第1の方向と直交する平面を画定する固定
支持面と、 該固定支持面から前記第1の方向に間隔をおいて配置さ
れたステージ面と、 該固定支持面に前記固定支持部が固定され、該ステージ
面に前記第2弾性ヒンジ部が固定された3個以上の請求
項(3)記載の圧電アクチュエータと を有するステージ装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP1225058A JP2677294B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 圧電アクチュエータおよびそれを用いたステージ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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JPH0389876A true JPH0389876A (ja) | 1991-04-15 |
JP2677294B2 JP2677294B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=16823382
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JP1225058A Expired - Fee Related JP2677294B2 (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | 圧電アクチュエータおよびそれを用いたステージ装置 |
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---|---|
JP (1) | JP2677294B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100586885B1 (ko) * | 2004-08-06 | 2006-06-08 | 삼성전자주식회사 | 초정밀 위치제어 시스템 |
CN103595292A (zh) * | 2013-11-19 | 2014-02-19 | 苏州大学 | 闭环控制的封装型压电陶瓷致动器及电阻应变片固定方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS567107A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fine adjusting mechanism for height and inclination angle of stage |
JPS63105336U (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-08 |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1225058A patent/JP2677294B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS567107A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fine adjusting mechanism for height and inclination angle of stage |
JPS63105336U (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-08 |
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KR100586885B1 (ko) * | 2004-08-06 | 2006-06-08 | 삼성전자주식회사 | 초정밀 위치제어 시스템 |
CN103595292A (zh) * | 2013-11-19 | 2014-02-19 | 苏州大学 | 闭环控制的封装型压电陶瓷致动器及电阻应变片固定方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2677294B2 (ja) | 1997-11-17 |
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