JPH04131795A - 変位要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体製造装置に用いる移動台、走査型トン
ネル顕微鏡のテーブル等を垂直方向に微小変位させる変
位要素に関する。

〔従来の技術］ 従来の変位要素としては、本出願人が先に提案した特開
昭６３−１５５６３７号公報（以下、第１従来例と称す
）及び特開平１−９７２８８号公報（以下、第２従来例
と称す）に記載されているものがある。

第１従来例は、基台に対して垂直方向に移動可能に載置
台を配設し、基台及び載置台間に移動自在に可動体を配
設し、この可動体及び載置台の何れか一方に可動体の可
動方向に延長する傾斜カム面を有するカム板を形成し、
他方に傾斜カム面に係合するカムホフォロアを形成し、
可動体を可動させることにより、載置台を垂直方向に微
動させるように構成されている。

第２従来例は、載置台を転動体を介して載置する水平面
を有する斜面スライダを傾斜案内機構で案内することに
より、斜面スライダの水平面を垂直方向に変位させて、
載置台を垂直方向に平行移動させるように構成されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記第１従来例及び第２従来例にあって
は、基台及び載置台間に可動体又は斜面スライダを配設
する必要があり、この可動体は載置台を少なくとも３点
で支持するので、可動体の大きさを載置台に応じた大き
さとする必要があることから平面的な大きさを小さくす
るには一定の限度があり、小型化することができないと
共に、可動体又は斜面スライダの移動によって載置台を
垂直方向に変位させるので、１１ｔ置台を水平面に維持
するための補正機構がなく、載置台を水平面に維持する
ためには、可動体又は斜面スライダの組立てを精密に行
わなければならず、これが面倒であるという未解決の課
題があった。

そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目して
なされたものであり、小型で精密な変位制御を行うこと
ができる変位要素を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る変位要素は、
アクチュエータの変位を弾性体を介して外部に伝達する
変位要素において、前記アクチュエータの変位発生方向
の両端に連結された外周面を転動面とした一対の外部接
触子と、該外部接触子間に第１の弾性体を介して配設さ
れた前記アクチュエータの変位発生軸に対して互いにｗ
ｉ齢した関係で対向する複数の連結腕と、前記一対の外
部接触子間に前記アクチュエータを挾んで配設された第
１の弾性体よりバネ定数が小さい第２の弾性体とを備え
ている。ここで、アクチュエータとしては、ＰＺＴ（ジ
ルコン酸チタン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸
鉛ランタン）等の圧電素子を適用することが望ましく、
また外部接触子の転動面としてはアクチュエータの変位
方向の中心を中心とする球面又は円弧面とすることが望
ましい。

〔作用〕

本発明においては、アクチュエータの変位方向の両端に
連結された一対の外部接触子の外周面が転動面とされて
いるので、これら外部接触子の転動面を相対変位させる
２つの部材の対向面に接触させることにより、アクチュ
エータの変位で両部林間の間隔を調整することができる
。このとき、外部接触子の転動面が円弧面であるときに
は、両部材を円弧面に沿う方向に平行移動させた場合で
もアクチュエータの変位を有効に伝達することができ、
また球面であるときには、両部材が水平方向のあらゆる
方向に平行移動した場合でも、アクチュエータの変位を
有効に伝達することができ、両部材との接触が線接触又
は点接触となるので、両部材の水平方向の移動を小さな
力で騒音を発生することなく許容することができ、自身
の摩耗も少なくすることができる・。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はその
平面図である。

図中、ｌは変位要素であって、ＰＺＴ（ジルコン酸チタ
ン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）
等の圧電素子で構成される圧電アクチュエータ２と、こ
のアクチュエータ２を内装した連結体３とで構成されて
いる。

連結体３は、後述するように鋼球を板状に切り出して加
工することによって構成され、アクチュエータ２の変位
方向の両端に接触する一対の外部接触子４Ａ、４Ｂと、
これら外部接触子４Ａ、４Ｂ間を連結するアクチュエー
タ２の中心を中心として点対称に配設された連結＠５Ａ
、５Ｂと、外部接触子４Ａ、４Ｂ間にアクチュエータ２
を挟んで配設されたアクチュエータ２に予圧を与える第
２の弾性体６Ａ、６Ｂとを備えている。

ここで、外部接触子４Ａ、４Ｂの夫々は、アクチュエー
タ２の変位方向の両端に接触する水平板部４ａと、この
水平板部４ａのアクチュエータ２とは反対側から外方に
延長するアクチュエータ２と略等しい幅の連結部４ｂと
、この連結部４ｂの自由端に外周面に転動面４Ｃを有す
る接触部４ｄとが一体に連結されて構成され、転動面４
Ｃがアクチュエータ２の中心を中心とする球面に形成さ
れている。

連結腕５Ａは、一端が外部接触子４Ａの水平板部４ａの
右端部に一体に連結されて下方に延長する剛性板部で構
成され、他端が板ばねで構成され水平方向に延長する第
１の弾性体７Ａを介して他方の外部接触子４Ｂの連結部
４ｂに一体に連結されている。同様に連結腕５Ｂは、連
結腕５Ａとアクチュエータ２の中心を中心とする点対称
に配設され、一端が外部接触子４Ｂの水平板部４ａの左
端部に一体に連結されて上方に延長する剛性板部で構成
され、他端が板ばねで構成され水平方向に延長する第１
の弾性体７Ｂを介して他方の外部接触子４Ａの連結部４
ｂに一体に連結されている。

第２の弾性体６Ａは、外部接触子４Ａの水平板部４ａの
下面側におけるアクチュエータ２の僅か左側に一体に形
成された剛性を有する突出片部６ａと、この突出片部６
ａの自由端から一体に左方に延長する幅狭の板ばね部６
ｂと、この板ばね部６ｂの自由端から下方に延長する剛
性を有する連結部６ｃと、この連結部６ｃの自由端から
一体に右方に板ばね部６ｂと平行に延長する仮ばね部６
ｄと、この板ばね部６ｄの自由端から一体に下方に延長
する剛性を有する連結部６ｅと、この連結部６ｅの自由
端に一体に連結されたブロック部６ｆと１．外部接触子
４Ｂの水平板部４ａに形成された透孔４ｅを通してブロ
ック部６ｆに螺合された調整ポル）６ｇとで構成され、
板ばね部６ｂ及び６ｄのトータルばね定数が前述した第
１の弾性体７Ａ、７Ｂのばね定数より小さく選定されて
いる。

同様に、第２の弾性体６Ｂも、第２の弾性体６Ａとアク
チュエータ２の中心を中心とする点対称に構成され、第
２の弾性体６Ａとの対応部分には同一符号を付しその詳
細説明はこれを省略する。

而して、連結体３は、第２図に示すように、所定径の鋼
球１０を用意し、この鋼球１ｏの中心を挟む所定幅で切
断して円板１１を形成し、この円板１１をワイヤカット
放電加工機を使用して、最初に外形部を切り取って外部
接触子４Ａ、４Ｂの接触部４ｄ、連結部４ｂ及び水平板
部４ａの外周面を形成すると共に、第１の弾性体７Ａ、
７Ｂの外周面を形成し、この状態で、外部接触子４Ａ４
Ｂの水平板部４ａの外周面側から第２の弾性体６Ａ、６
Ｂのブロック体６ｆに達する透孔を穿設した後、水平板
部４ａに対応する位置の透孔を拡径し、次いでブロック
体６ｆに対応する透孔に雌ねじを切る。その後、ワイヤ
カント放電加工機によって、連結体３の内部をくり抜く
ことによって外部接触子４　Ａ、’　４　Ｂ、連結腕５
Ａ、５Ｂ、第２の弾性体６Ａ、６Ｂ及び第１の弾性体７
Ａ、７Ｂを一体に形成する。

そして、上記構成を有する変位要素１が第２の弾性体６
Ａ、６Ｂの調整ボルト６ｇによってアクチュエータ２に
所定の予圧を与えてアクチュエータ２の上下両端面と外
部接触子４Ａ、４Ｂの内周面とを完全な接触状態とした
状態で、例えば走査型トンネル顕微鏡の資料台２ｏに介
挿されている。

この資料台２０は、第３図及び第４図に示すように、図
示しない粗動テーブルに固定された基台２１上に所定間
隔を保って移動台２２が左右方向に移動自在に配設され
、これら基台２１及び移動台２２間の３点位置に変位要
素１が介挿されている。各変位要素１は、平面からみて
コ字状の案内部２３Ａ〜２３Ｃによって左右方向に転勤
可能に案内され、これら変位要素１の転動面４ｃが基台
２１及び移動台２２の対向面に夫々形成された平坦な接
触面２４に接触されている。

また、案内部２３Ａ〜２３Ｃには、光ファイバーを介し
て入射されたレーザ光を回折格子で回折した一次回折光
を移動体２２に配設した全反射ミラー２５に照射し、そ
の反射光を検出することにより距離を測定するファイバ
ー干渉計２６が配設されている。

一方、基台２１及び移動台２２間には、その中央部に予
圧ばね２７が介挿されていると共に、左右両端面間に円
筒ばね２８Ａ、２８Ｂが介挿され、さらに中央部に移動
台２２を左右方向に移動させる移動機構２９が配設され
ている。この移動機構２９は、基台２１の上面に前後方
向に延長して固着され、上端に前後方向に延長する案内
面３０ａを形成した前後方向に延長するＬ字状の支持片
３０と、移動台２２の下面に前後方向に延長して固着さ
れ、支持片３０の案内面３０ａに対向する下端に平面か
らみて後端側に行くに従い左方に突出する傾斜案内面３
１ａを形成した断面り字状の支持片３１と、両支持片３
０及び３１間に介挿された台形状の移動体３２とを備え
ており、支持片３０及び３１の案内面３０ａ及び３１ｂ
と移動体３２の左右両端との間に夫々クロスガイド３３
Ａ及び３３Ｂが介挿されている。そして、移動体３２は
、基台２１に固着された駆動モータ３４の回転軸に連結
されて回転駆動されるねじ軸３５に螺合するポールナン
ドで構成され、駆動モータ３４を回転駆動することによ
り、移動体３２が前後方向に移動して、移動台２２を円
筒ばね２８Ａ、２８Ｂの付勢力に抗して左右方向に移動
させる。

次に、上記実施例の動作を説明する。

今、第３図に示すように、移動機構２９の移動体３２が
支持片３０及び３１の前後方向の中央部にあって、基台
２１及び移動台２２が平面からみて一致しており、両者
の左右方向の変位が零であるものとする。この状態では
、各変位要素１が、第４図に示すように、そのアクチュ
エータ２の延長方向を垂直方向とした状態に維持されて
いる。

この状態で、各変位要素１のアクチュエータ２に通電し
て、その通電量に応してアクチュエータ２を伸長させる
ことにより、外部接触子４Ａが第１の弾性体７Ａ、７Ｂ
に抗して上方に変位することにより、移動台２２が上方
に変位する。このとき、各変位要素１の近傍に設けたフ
ァイバー干渉計２６によって移動台２２の変位量が測定
されるので、その測定値を各変位要素１のアクチュエー
タ２に対する駆動回路にフィードバンクするこきにより
、移動台２２を上方に所望量（例えば数μｍ程度）平行
移動させることができる。

また、移動台２２を左右方向に移動させるには、駆動モ
ータ３４を回転駆動させて、移動体３２を前方に移動さ
せることにより、移動台２２を左方に最大で例えば４０
μｍ程度移動させることができ、逆に駆動モータ３４を
逆転駆動させて、移動体３２を後方に移動させることに
より、移動台２２を右方に最大で例えば４０μｍ程度移
動させることができる。このように、移動台２２を中央
位置から左右方向に移動させると、各変位要素１の基台
２１及び移動台２２の接触面２４に接触する外部接触子
４Ａ及び４Ｂの転動面がアクチュエータ２の中心を中心
とする球面に形成されているので、移動台２２の移動に
伴って各変位要素１が反時計方向又は時計方向に傾転し
ても、これらの転動面４Ｃと基台２１及び移動台２２の
接触面２３との転接状態を維持することができる。した
がって、この状態で、各変位要素ｌのアクチュエータ２
を伸縮させることにより、その伸縮量に応じて外部接触
子４Ａが外部接触子４Ｂに対して変位し、アクチュエー
タ２の変位量と外部接触子４Ａによる移動台２２の変位
量とを一致させることができる。

また、移動台２２を移動機構２９によって左右方向に移
動させる場合に、各変位要素１の転動面４ｃが球面であ
ることから、この転動面４Ｃと基台２１及び移動台２２
の接触面２３との接触が点接触となり、これら変位要素
１と基台２１及び移動台２２との間の摩擦抵抗が少なく
、移動台２２の移動を軽い操作力で行うことができると
共に、変位要素ｌ自体の摩耗も少なくすることができる
。

このように、上記実施例においては、変位要素１がアク
チュエータ２を挟む外部接触子４Ａ、４Ｂの外周面が転
動面４ｃに形成されているので、基台２１及び移動台２
２が左右方向に平行移動した場合でも、アクチュエータ
２の変位量を正確に移動台２２に伝達することができる
と共に、接触抵抗を小さくして移動台２２の移動を小さ
い駆動力で行うことができ、且つ変位要素１自体の摩耗
も少なくすることができる。また、変位要素ｌを形成す
る際に、鋼球１０を円板状に切削し、これをワイヤカッ
ト放電加工機によって加工することにより、各部分を一
体的に且つ正確に形成することができ、組付作業を簡易
化することができる。

なお、上記実施例においては、変位要素１がアクチュエ
ータ２の変位方向の両端面に接触する外部接触子４Ａ及
び４Ｂで構成されている場合について説明したが、これ
に限定されるものではな（、第５図に示すように、第１
図の構成を有する変位要素ｌを複数組ＩＡ〜ＩＣ設け、
これらの外部接触子４Ｂと外部接触子４Ａとを連結して
多段構成として、変位量を大きくすることもできる外、
大変位量を必要としない場合には、第５図に示す多段構
成の変位要素ＩＡ〜ＩＣのうち中央部の変位要素ＩＢの
みにアクチュエータ２を設け、他の変位要素ＩＡ及びＩ
ｃのアクチュエータ２を省略することもできる。

また、上記実施例においては、外部接触子４Ａ。

４Ｂの転動面４ｃを球面とした場合について説明したが
、これに限定されるものではなく、アクチュエータ２の
中心を中心とした円筒面に形成することもできる。

さらに、外部接触子４Ａ、４Ｂの転動面４ｃを球面とし
た場合には、これを介挿した基台２１及び移動台２２の
相対移動を左右方向のみに限らず水平面内でのあらゆる
方向に移動させることが可能となる。

またさらに、上記実施例においては、本発明を走査型ト
ンネル顕微鏡の試料台に適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、半導体製造装置に
使用する移動台等の種々の移動台に適用することができ
る。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明に係る変位要素によれば、
アクチュエータの変位方向の両端に、外周面を転動面と
した一対の外部接触子を連結し、両弁部接触子間を複数
の連結腕によって第１の弾性体を介して連結すると共に
、両弁部接触子間にアクチュエータに対して予圧を与え
る第２の弾性体を配設した構成としたので、変位要素の
全体構成を小型簡易化することができると共に、変位時
に塵埃を発生することが殆どないので、クリーンルーム
内での使用に好適であり、さらに変位要素を相対移動す
る２つの部材間に介挿したときに、両部材がアクチュエ
ータの変位方向と直交する方向に変位する場合であって
も、転動面による両部材の接触関係を維持することがで
きると共に、アクチュエータの変位量を正確に２つの部
材間に伝達することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２図は第１
図の平面図、第３図は本発明を走査型トンネル顕微鏡の
試料台に適用した場合の一例を示す一部を切欠した平面
図、第４図は第３図のＡ−Ａ線断面図、第５図は本発明
の他の実施例を示す正面図である。 図中、１．ＩＡ〜ＩＣは変位要素、２はアクチュエータ
、３は連結体、４Ａ、４Ｂは外部接触し、５Ａ、５Ｂは
連結腕、６Ａ、６Ｂは第２の弾性体、７Ａ、７Ｂは第１
の弾性体、１０は鋼球、２１は基台、２２は移動台、２
３Ａ〜２３Ｃは案内部、２９は移動機構である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アクチュエータの変位を弾性体を介して外部に伝達する
   変位要素において、前記アクチュエータの変位発生方向
   の両端に連結された外周面を転動面とした一対の外部接
   触子と、該外部接触子間に第１の弾性体を介して配設さ
   れた前記アクチュエータの変位発生軸に対して互いに齟
   齬した関係で対向する複数の連結腕と、前記一対の外部
   接触子間に前記アクチュエータを挟んで配設された第１
   の弾性体よりバネ定数が小さい第２の弾性体とを備えた
   ことを特徴とする変位要素。