JPH07273383A - 真空封入式圧電アクチュエータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置 - Google Patents
真空封入式圧電アクチュエータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置Info
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- JPH07273383A JPH07273383A JP6066394A JP6066394A JPH07273383A JP H07273383 A JPH07273383 A JP H07273383A JP 6066394 A JP6066394 A JP 6066394A JP 6066394 A JP6066394 A JP 6066394A JP H07273383 A JPH07273383 A JP H07273383A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 減衰材を設けなくても高速駆動時の振動が発
生しにくくする。 【構成】 積層型圧電素子１１の両端には取付座１３が
取り付けられている。積層型圧電素子１１は、制振合金
材料からなる金属缶１２で真空封入されている。積層型
圧電素子１１に電圧を印加することにより、積層型圧電
素子１１は金属缶１２とともに伸縮し、アクチュエータ
として作用する。金属缶１２は制振合金材料からなるの
で粘性減衰抵抗は大きく、高速駆動時に振動が発生して
も、その振動は小さく、かつ速やかに減衰する。
生しにくくする。 【構成】 積層型圧電素子１１の両端には取付座１３が
取り付けられている。積層型圧電素子１１は、制振合金
材料からなる金属缶１２で真空封入されている。積層型
圧電素子１１に電圧を印加することにより、積層型圧電
素子１１は金属缶１２とともに伸縮し、アクチュエータ
として作用する。金属缶１２は制振合金材料からなるの
で粘性減衰抵抗は大きく、高速駆動時に振動が発生して
も、その振動は小さく、かつ速やかに減衰する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、積層型圧電素子を金属
缶で真空封入した真空封入式圧電アクチュエータおよび
該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置
に関する。
缶で真空封入した真空封入式圧電アクチュエータおよび
該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、真空封入式圧電アクチュエータと
しては、図８に示すようなものが知られている。図８
は、従来の真空封入式圧電アクチュエータの断面図であ
る。図８に示した真空封入式圧電アクチュエータ１１０
は、両端に取付座１１３が取り付けられた積層型圧電素
子１１１を、ステンレス鋼などの耐腐食性合金からなる
金属缶１１２内に真空封入し、積層型圧電素子１１１の
内部で発生する絶縁破壊を防止したものである。積層型
圧電素子１１１としては、チタンジルコン酸鉛やポリフ
ッ化ビニリデンやチタン酸バリウム等が用いられ、取付
座１１３としては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６やＳＵ
Ｓ３１６Ｌ等のステンレス鋼が用いられている。このよ
うな構成に基づき、積層型圧電素子１１１に電圧を印加
することによって積層型圧電素子１１１が金属缶１１２
とともに伸縮し、アクチュエータとして作用する。この
ような真空封入式圧電アクチュエータ１１０は、薄膜硬
度測定用の押圧微調整制御装置、微小膜厚制御装置、光
学計測器のミラーおよびレンズ微調整装置などの位置決
め用アクチュエータとして用いられている。
しては、図８に示すようなものが知られている。図８
は、従来の真空封入式圧電アクチュエータの断面図であ
る。図８に示した真空封入式圧電アクチュエータ１１０
は、両端に取付座１１３が取り付けられた積層型圧電素
子１１１を、ステンレス鋼などの耐腐食性合金からなる
金属缶１１２内に真空封入し、積層型圧電素子１１１の
内部で発生する絶縁破壊を防止したものである。積層型
圧電素子１１１としては、チタンジルコン酸鉛やポリフ
ッ化ビニリデンやチタン酸バリウム等が用いられ、取付
座１１３としては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６やＳＵ
Ｓ３１６Ｌ等のステンレス鋼が用いられている。このよ
うな構成に基づき、積層型圧電素子１１１に電圧を印加
することによって積層型圧電素子１１１が金属缶１１２
とともに伸縮し、アクチュエータとして作用する。この
ような真空封入式圧電アクチュエータ１１０は、薄膜硬
度測定用の押圧微調整制御装置、微小膜厚制御装置、光
学計測器のミラーおよびレンズ微調整装置などの位置決
め用アクチュエータとして用いられている。
【０００３】一般的に、上述したような位置決め装置は
低速で駆動されることが多かったのでそれほど問題には
ならなかったが、真空封入式圧電アクチュエータ１１０
を高速で駆動する場合には、積層型圧電素子１１１も金
属缶１１２も粘性減衰抵抗が小さいので、真空封入式圧
電アクチュエータ１１０に固有の共振周波数で振動して
しまう場合があった。
低速で駆動されることが多かったのでそれほど問題には
ならなかったが、真空封入式圧電アクチュエータ１１０
を高速で駆動する場合には、積層型圧電素子１１１も金
属缶１１２も粘性減衰抵抗が小さいので、真空封入式圧
電アクチュエータ１１０に固有の共振周波数で振動して
しまう場合があった。
【０００４】そこで、このような真空封入式圧電アクチ
ュエータを位置決め装置に用いる場合には、図９に示す
ように、真空封入式圧電アクチュエータ１１０と並列に
粘弾性体高分子材料からなる減衰材１１５を配置し、両
者を互いに支持部材１１６ａ、１１６ｂで結合したもの
も用いられている。例えば、固有振動数が１０００Ｈｚ
の真空封入式圧電アクチュエータ１１０を１μｍだけ伸
ばすようなステップ状の電圧を印加したとき、真空封入
式圧電アクチュエータ１１０は図１０に示すように変位
する。図１０において、減衰材１１５を設けない場合の
応答特性を実線で示し、減衰材１１５を設けた場合の応
答特性を破線で示した。減衰比ζは、減衰材１１５を設
けない場合には０．００１となり、減衰材１１５を設け
た場合には０．０３となる。図１０から明らかなよう
に、減衰材１１５を設けた場合には真空封入式圧電アク
チュエータ１１０の振動は５ｍｓｅｃで収束しており、
減衰材１１５を設けることは、真空封入式圧電アクチュ
エータ１１０の粘性減衰抵抗を大きくするのに効果的で
ある。
ュエータを位置決め装置に用いる場合には、図９に示す
ように、真空封入式圧電アクチュエータ１１０と並列に
粘弾性体高分子材料からなる減衰材１１５を配置し、両
者を互いに支持部材１１６ａ、１１６ｂで結合したもの
も用いられている。例えば、固有振動数が１０００Ｈｚ
の真空封入式圧電アクチュエータ１１０を１μｍだけ伸
ばすようなステップ状の電圧を印加したとき、真空封入
式圧電アクチュエータ１１０は図１０に示すように変位
する。図１０において、減衰材１１５を設けない場合の
応答特性を実線で示し、減衰材１１５を設けた場合の応
答特性を破線で示した。減衰比ζは、減衰材１１５を設
けない場合には０．００１となり、減衰材１１５を設け
た場合には０．０３となる。図１０から明らかなよう
に、減衰材１１５を設けた場合には真空封入式圧電アク
チュエータ１１０の振動は５ｍｓｅｃで収束しており、
減衰材１１５を設けることは、真空封入式圧電アクチュ
エータ１１０の粘性減衰抵抗を大きくするのに効果的で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、減衰
材を設けることにより真空封入式圧電アクチュエータの
粘性減衰抵抗が大きくなり、高速で駆動しても振動しに
くくはなるが、減衰材の単位体積当りの粘性減衰抵抗は
小さいので、所望の粘性減衰抵抗を与えるためには多く
の量の減衰材が必要となり、装置が大型のものになって
しまうという問題点があった。
材を設けることにより真空封入式圧電アクチュエータの
粘性減衰抵抗が大きくなり、高速で駆動しても振動しに
くくはなるが、減衰材の単位体積当りの粘性減衰抵抗は
小さいので、所望の粘性減衰抵抗を与えるためには多く
の量の減衰材が必要となり、装置が大型のものになって
しまうという問題点があった。
【０００６】そこで本発明は、減衰材を設けなくても高
速駆動時の振動が発生しにくい真空封入式圧電アクチュ
エータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた
位置決め装置を提供することを目的とする。
速駆動時の振動が発生しにくい真空封入式圧電アクチュ
エータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた
位置決め装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の真空封入式圧電アクチュエータは、積層型圧電
素子を金属缶で真空封入した真空封入式圧電アクチュエ
ータにおいて、前記金属缶として制振材料を用いたこと
を特徴とする。
本発明の真空封入式圧電アクチュエータは、積層型圧電
素子を金属缶で真空封入した真空封入式圧電アクチュエ
ータにおいて、前記金属缶として制振材料を用いたこと
を特徴とする。
【０００８】また、前記制振材料は、制振合金や、多層
鋼板や、繊維強化合金を用いることができる。
鋼板や、繊維強化合金を用いることができる。
【０００９】さらに、前記金属缶の両端に、それぞれ弾
性ヒンジを構成する取付座が設けられているものであっ
てもよい。
性ヒンジを構成する取付座が設けられているものであっ
てもよい。
【００１０】本発明の位置決め装置は、所定の方向に移
動可能に設けられた可動部と、前記可動部を前記所定の
方向に所定の量だけ移動させる駆動機構とを有する位置
決め装置において、前記駆動機構として、上記本発明の
真空封入式圧電アクチュエータを用いたことを特徴とす
る。
動可能に設けられた可動部と、前記可動部を前記所定の
方向に所定の量だけ移動させる駆動機構とを有する位置
決め装置において、前記駆動機構として、上記本発明の
真空封入式圧電アクチュエータを用いたことを特徴とす
る。
【００１１】
【作用】上記のとおり構成された本発明の真空封入式圧
電アクチュエータでは、積層型圧電素子を真空封入する
金属缶として制振材料を用いることで、金属缶自体の粘
性減衰抵抗が大きくなり、ひいては真空封入式圧電アク
チュエータの粘性減衰抵抗が大きくなる。その結果、真
空封入式圧電アクチュエータを高速で駆動したときに共
振により振動が発生しても、その振動は小さく、しかも
速やかに減衰する。また、金属缶の両端に、それぞれ弾
性ヒンジを構成する取付座を設けることで真空封入式圧
電アクチュエータはリンク機構として作用する。
電アクチュエータでは、積層型圧電素子を真空封入する
金属缶として制振材料を用いることで、金属缶自体の粘
性減衰抵抗が大きくなり、ひいては真空封入式圧電アク
チュエータの粘性減衰抵抗が大きくなる。その結果、真
空封入式圧電アクチュエータを高速で駆動したときに共
振により振動が発生しても、その振動は小さく、しかも
速やかに減衰する。また、金属缶の両端に、それぞれ弾
性ヒンジを構成する取付座を設けることで真空封入式圧
電アクチュエータはリンク機構として作用する。
【００１２】本発明の位置決め装置では、可動部を移動
させる駆動機構として上記本発明の真空封入式圧電アク
チュエータを用いているので、他に減衰材を用いなくて
も高速駆動時の振動が抑えられ、高速かつ高精度の位置
決め装置が小型で実現される。
させる駆動機構として上記本発明の真空封入式圧電アク
チュエータを用いているので、他に減衰材を用いなくて
も高速駆動時の振動が抑えられ、高速かつ高精度の位置
決め装置が小型で実現される。
【００１３】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１４】図１は、本発明の真空封入式圧電アクチュ
エータの一実施例の断面図である。本実施例の真空封入
式圧電アクチュエータ１０は、金属缶１２として制振合
金材料を用いた点が、図８に示したものと異なってい
る。その他の積層型圧電素子１１や取付座１３について
は図８に示したものと同様でよいので、その説明は省略
する。
エータの一実施例の断面図である。本実施例の真空封入
式圧電アクチュエータ１０は、金属缶１２として制振合
金材料を用いた点が、図８に示したものと異なってい
る。その他の積層型圧電素子１１や取付座１３について
は図８に示したものと同様でよいので、その説明は省略
する。
【００１５】金属缶１２を構成する制振合金材料として
は、ＴｉＮｉ、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金
等が用いられる。これらの制振合金材料の強度と防振係
数の関係を図２に示す（塩田，「金属系複合材料の振動
減衰機構と制振特性」精密工学会誌，第５５巻，第１２
号，Ｐ．２１２８，１９８９年）。ここで防振係数と
は、材料の０．２％永久ひずみに相当する引張応力をσ
y とし、σy ／１０の表面最大せん断ひずみを生じるよ
うなねじり振動法によって測定された固有減衰能の値と
定義される。例えば、従来の真空封入式圧電アクチュエ
ータの金属缶に用いられているＳＵＳ３１６Ｌは、図２
においては１８−８ステンレス鋼に相当し、これと上述
した制振合金材料とを比較すると、本実施例に用いられ
る金属缶１２は、従来と同等の強度を有しながら、３０
倍以上の防振係数すなわち粘性減衰抵抗があることがわ
かる。
は、ＴｉＮｉ、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金
等が用いられる。これらの制振合金材料の強度と防振係
数の関係を図２に示す（塩田，「金属系複合材料の振動
減衰機構と制振特性」精密工学会誌，第５５巻，第１２
号，Ｐ．２１２８，１９８９年）。ここで防振係数と
は、材料の０．２％永久ひずみに相当する引張応力をσ
y とし、σy ／１０の表面最大せん断ひずみを生じるよ
うなねじり振動法によって測定された固有減衰能の値と
定義される。例えば、従来の真空封入式圧電アクチュエ
ータの金属缶に用いられているＳＵＳ３１６Ｌは、図２
においては１８−８ステンレス鋼に相当し、これと上述
した制振合金材料とを比較すると、本実施例に用いられ
る金属缶１２は、従来と同等の強度を有しながら、３０
倍以上の防振係数すなわち粘性減衰抵抗があることがわ
かる。
【００１６】上記構成に基づき、図１０に示したものと
同様の実験を行なったところ、本実施例の真空封入式圧
電アクチュエータ１０は、従来の真空封入式圧電アクチ
ュエータに減衰材を設けたものと同様の応答特性を示し
た。
同様の実験を行なったところ、本実施例の真空封入式圧
電アクチュエータ１０は、従来の真空封入式圧電アクチ
ュエータに減衰材を設けたものと同様の応答特性を示し
た。
【００１７】また、真空封入式圧電アクチュエータ１０
の駆動時の共振を避けるために、図３に示すような周波
数特性を有するローパスフィルタを介して、真空封入式
圧電アクチュエータ１０が１μｍだけ伸ばすようなステ
ップ状の電圧を印加した場合の応答特性を図４に示す。
図４において、図８に示した従来の真空封入式圧電アク
チュエータ１１０の応答特性を実線で示し、本実施例の
真空封入式圧電アクチュエータ１０の応答特性を破線で
示した。図４から、従来の真空封入式圧電アクチュエー
タ１１０では、ローパスフィルタの効果で振動の幅が小
さくなっているものの、１０ｍｓｅｃ経過しても振動は
収束していないことがわかる。一方、本実施例の真空封
入式圧電アクチュエータ１０は、振動することなく滑ら
かに所望の変位量に達している。
の駆動時の共振を避けるために、図３に示すような周波
数特性を有するローパスフィルタを介して、真空封入式
圧電アクチュエータ１０が１μｍだけ伸ばすようなステ
ップ状の電圧を印加した場合の応答特性を図４に示す。
図４において、図８に示した従来の真空封入式圧電アク
チュエータ１１０の応答特性を実線で示し、本実施例の
真空封入式圧電アクチュエータ１０の応答特性を破線で
示した。図４から、従来の真空封入式圧電アクチュエー
タ１１０では、ローパスフィルタの効果で振動の幅が小
さくなっているものの、１０ｍｓｅｃ経過しても振動は
収束していないことがわかる。一方、本実施例の真空封
入式圧電アクチュエータ１０は、振動することなく滑ら
かに所望の変位量に達している。
【００１８】以上説明したように、積層型圧電素子１１
を真空封入する金属缶１２として制振合金材料を用いる
ことで、他に減衰材を設けることなく、駆動時の位置決
め応答の振動を小さく、かつ、速やかに減衰させること
ができるようになる。
を真空封入する金属缶１２として制振合金材料を用いる
ことで、他に減衰材を設けることなく、駆動時の位置決
め応答の振動を小さく、かつ、速やかに減衰させること
ができるようになる。
【００１９】次に、本発明の位置決め装置について説明
する。
する。
【００２０】図５は、本発明の位置決め装置の一実施例
の一部を破断した斜視図である。この位置決め装置は、
露光装置などの半導体製造装置におけるウエハの位置決
めに用いられるもので、従来の半導体製造装置の微動機
構（小林ほか，「アライナ用ステージシステムの開発
（第１報）」精密工学会誌，第５７巻，第１２号，Ｐ．
２２１３，１９９１年）に、本発明の真空封入式圧電ア
クチュエータを適用したものである。図５において、ベ
ース２１にはＺステージ機構２２が設けられている。Ｚ
ステージ機構２２は、粗動ステージ２３および可動部と
しての微動ステージ２４を支持する支持部と、この支持
部の下方に直動形のＺ方向クロスローラ案内２８Ｚに案
内されてＺ方向に移動可能に設けられたくさび部とを有
し、くさび部をＸ方向に駆動することで支持部がＺ方向
に移動し、それに伴って粗動ステージ２３および微動ス
テージ２４がＺ方向に移動される。粗動ステージ２３
は、直動形のＹ方向クロスローラ案内２８Ｙおよび直動
形のＸ方向クロスローラ案内２８Ｘに案内されて、Ｚス
テージ機構２２の支持部に対してＹ方向およびＸ方向に
移動可能に支持されている。粗動ステージ２３のＹ方向
への駆動はＹ方向粗動アクチュエータ２７Ｙにより行な
われ、Ｘ方向への駆動はＸ方向粗動アクチュエータ２７
Ｘにより行なわれる。
の一部を破断した斜視図である。この位置決め装置は、
露光装置などの半導体製造装置におけるウエハの位置決
めに用いられるもので、従来の半導体製造装置の微動機
構（小林ほか，「アライナ用ステージシステムの開発
（第１報）」精密工学会誌，第５７巻，第１２号，Ｐ．
２２１３，１９９１年）に、本発明の真空封入式圧電ア
クチュエータを適用したものである。図５において、ベ
ース２１にはＺステージ機構２２が設けられている。Ｚ
ステージ機構２２は、粗動ステージ２３および可動部と
しての微動ステージ２４を支持する支持部と、この支持
部の下方に直動形のＺ方向クロスローラ案内２８Ｚに案
内されてＺ方向に移動可能に設けられたくさび部とを有
し、くさび部をＸ方向に駆動することで支持部がＺ方向
に移動し、それに伴って粗動ステージ２３および微動ス
テージ２４がＺ方向に移動される。粗動ステージ２３
は、直動形のＹ方向クロスローラ案内２８Ｙおよび直動
形のＸ方向クロスローラ案内２８Ｘに案内されて、Ｚス
テージ機構２２の支持部に対してＹ方向およびＸ方向に
移動可能に支持されている。粗動ステージ２３のＹ方向
への駆動はＹ方向粗動アクチュエータ２７Ｙにより行な
われ、Ｘ方向への駆動はＸ方向粗動アクチュエータ２７
Ｘにより行なわれる。
【００２１】微動ステージ２４は、粗動ステージ２３を
囲む枠状の構造体であり、図６に示すように、伸縮方向
がＹ方向と平行に配置された１つの真空封入式圧電アク
チュエータ３０ａと、伸縮方向がＸ方向と平行に配置さ
れた２つの真空封入式圧電アクチュエータ３０ｂ、３０
ｃと、伸縮方向がＺ方向と平行に配置された３つの真空
封入式圧電アクチュエータ３０ｄ、３０ｅ、３０ｆとに
よりＺステージ機構２２の支持部に支持されている。各
真空封入式圧電アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０
ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆは、それぞれ一端部が微動
ステージ２４に取り付けられ、他端部がＺステージ機構
２２の支持部に取り付けられている。
囲む枠状の構造体であり、図６に示すように、伸縮方向
がＹ方向と平行に配置された１つの真空封入式圧電アク
チュエータ３０ａと、伸縮方向がＸ方向と平行に配置さ
れた２つの真空封入式圧電アクチュエータ３０ｂ、３０
ｃと、伸縮方向がＺ方向と平行に配置された３つの真空
封入式圧電アクチュエータ３０ｄ、３０ｅ、３０ｆとに
よりＺステージ機構２２の支持部に支持されている。各
真空封入式圧電アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０
ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆは、それぞれ一端部が微動
ステージ２４に取り付けられ、他端部がＺステージ機構
２２の支持部に取り付けられている。
【００２２】ここで、伸縮方向がＹ方向と平行に配置さ
れた真空封入式圧電アクチュエータ３０ａについて図７
を参照して説明する。この真空封入式圧電アクチュエー
タ３０ａは、図１に示したものと同様に制振合金材料か
らなる金属缶３２に積層型圧電素子（不図示）を真空封
入したものであり、その両端部に設けられた取付座３３
には、それぞれノッチ３３ａが形成されて弾性ヒンジ機
構が構成されている。その他の真空封入式圧電アクチュ
エータ３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆについ
ても同様の構成なので、その説明は省略する。
れた真空封入式圧電アクチュエータ３０ａについて図７
を参照して説明する。この真空封入式圧電アクチュエー
タ３０ａは、図１に示したものと同様に制振合金材料か
らなる金属缶３２に積層型圧電素子（不図示）を真空封
入したものであり、その両端部に設けられた取付座３３
には、それぞれノッチ３３ａが形成されて弾性ヒンジ機
構が構成されている。その他の真空封入式圧電アクチュ
エータ３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆについ
ても同様の構成なので、その説明は省略する。
【００２３】このように、各真空封入式圧電アクチュエ
ータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ
を弾性ヒンジ機構とすることで、各真空封入式圧電アク
チュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、
３０ｆは駆動機構として働くと同時に、リンク機構とし
て作用するから、微動ステージ２４は６自由度の運動が
可能である。
ータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ
を弾性ヒンジ機構とすることで、各真空封入式圧電アク
チュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、
３０ｆは駆動機構として働くと同時に、リンク機構とし
て作用するから、微動ステージ２４は６自由度の運動が
可能である。
【００２４】また、図５に示したように、粗動ステージ
２３および微動ステージ２４の上面には、それぞれ磁気
チャック２６ａ、２６ｂが設けられている。これら磁気
チャック２６ａ、２６ｂは、それぞれウエハ４０を搭載
したトップテーブル２５を磁気吸着するためのもので、
粗動ステージ２３の磁気チャック２６ａのみでトップテ
ーブル２５を磁気吸着して粗動ステージ２３を移動させ
れば、トップテーブル２５の大まかな位置決めが行なえ
るし、微動ステージ２４の磁気チャック２６ｂのみでト
ップテーブル２５を磁気吸着して微動ステージ２４を移
動させれば、トップテーブル２５の高精度な位置決めが
行なえる。
２３および微動ステージ２４の上面には、それぞれ磁気
チャック２６ａ、２６ｂが設けられている。これら磁気
チャック２６ａ、２６ｂは、それぞれウエハ４０を搭載
したトップテーブル２５を磁気吸着するためのもので、
粗動ステージ２３の磁気チャック２６ａのみでトップテ
ーブル２５を磁気吸着して粗動ステージ２３を移動させ
れば、トップテーブル２５の大まかな位置決めが行なえ
るし、微動ステージ２４の磁気チャック２６ｂのみでト
ップテーブル２５を磁気吸着して微動ステージ２４を移
動させれば、トップテーブル２５の高精度な位置決めが
行なえる。
【００２５】この際、図６に示したように、伸縮方向が
ＸＹ平面に平行な３つの真空封入式圧電アクチュエータ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃにより微動ステージ２４のＸＹ
平面内の駆動が行なわれ、トップテーブル２５の移動量
が３軸のレーザ測長器３５で測定されてＸ，Ｙ，θ方向
の変位が求められる。また、伸縮方向がＺ方向に平行な
３つの真空封入式圧電アクチュエータ３０ｄ、３０ｅ、
３０ｆにより微動ステージ２４のＸＹ平面外の駆動が行
なわれ、その移動量が３組の静電容量センサ３６で測定
されてトップテーブル２５のＺ方向変位および傾斜が求
められる。静電容量センサ３６は、２本で１組として使
用しているが、これは２本の出力の平均値により、トッ
プテーブル２５の傾斜に影響されることなく真空封入式
圧電アクチュエータ３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの変位を求
めるためである。このように、各真空封入式圧電アクチ
ュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３
０ｆに対して目標値を与え、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θおよび傾斜
方向へ微動ステージ２４を変位させることで、トップテ
ーブル２５すなわちウエハ４０の高精度な位置決めが可
能となる。その結果、ウエハ４０に対する処理を効率的
に行なうことができるようになる。また、各真空封入式
圧電アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、
３０ｅ、３０ｆ自体が制振機能をもっているので他に減
衰材等を設ける必要もなくなり、高速かつ高精度な位置
決め装置が、装置を大型化することなく達成される。
ＸＹ平面に平行な３つの真空封入式圧電アクチュエータ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃにより微動ステージ２４のＸＹ
平面内の駆動が行なわれ、トップテーブル２５の移動量
が３軸のレーザ測長器３５で測定されてＸ，Ｙ，θ方向
の変位が求められる。また、伸縮方向がＺ方向に平行な
３つの真空封入式圧電アクチュエータ３０ｄ、３０ｅ、
３０ｆにより微動ステージ２４のＸＹ平面外の駆動が行
なわれ、その移動量が３組の静電容量センサ３６で測定
されてトップテーブル２５のＺ方向変位および傾斜が求
められる。静電容量センサ３６は、２本で１組として使
用しているが、これは２本の出力の平均値により、トッ
プテーブル２５の傾斜に影響されることなく真空封入式
圧電アクチュエータ３０ｄ、３０ｅ、３０ｆの変位を求
めるためである。このように、各真空封入式圧電アクチ
ュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３
０ｆに対して目標値を与え、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θおよび傾斜
方向へ微動ステージ２４を変位させることで、トップテ
ーブル２５すなわちウエハ４０の高精度な位置決めが可
能となる。その結果、ウエハ４０に対する処理を効率的
に行なうことができるようになる。また、各真空封入式
圧電アクチュエータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、
３０ｅ、３０ｆ自体が制振機能をもっているので他に減
衰材等を設ける必要もなくなり、高速かつ高精度な位置
決め装置が、装置を大型化することなく達成される。
【００２６】このような位置決め装置としては、上述し
た半導体製造装置の他に、薄膜硬度測定の押圧微調制御
装置、微小膜厚制御装置、工学計測器のミラーおよびレ
ンズ微調整制御装置等に適用することができる。
た半導体製造装置の他に、薄膜硬度測定の押圧微調制御
装置、微小膜厚制御装置、工学計測器のミラーおよびレ
ンズ微調整制御装置等に適用することができる。
【００２７】上述した実施例では、真空封入式圧電アク
チュエータの金属缶として制振合金材料を用いた場合の
例を示したが、これに限らず、２枚の鋼板の間にゴムや
プラスチック等の粘弾性体高分子材料を挟み込んだ多層
鋼板や、繊維強化合金を用いてもよい。繊維強化合金と
しては、Ｂ4 Ｃ被覆Ｂ繊維強化アルミニウム合金（６０
６１）等が挙げられる。また、このような合金材料を用
いることによって金属缶の耐腐食制が劣化する場合に
は、メッキ等により耐腐食性を確保すればよい。
チュエータの金属缶として制振合金材料を用いた場合の
例を示したが、これに限らず、２枚の鋼板の間にゴムや
プラスチック等の粘弾性体高分子材料を挟み込んだ多層
鋼板や、繊維強化合金を用いてもよい。繊維強化合金と
しては、Ｂ4 Ｃ被覆Ｂ繊維強化アルミニウム合金（６０
６１）等が挙げられる。また、このような合金材料を用
いることによって金属缶の耐腐食制が劣化する場合に
は、メッキ等により耐腐食性を確保すればよい。
【００２８】
【発明の効果】本発明の真空封入式圧電アクチュエータ
は、積層型圧電素子を真空封入する金属缶として制振材
料を用いることにより、高速で駆動した場合に発生する
振動を小さくし、しかも速やかに減衰させることができ
る。また、金属缶の両端に、それぞれ弾性ヒンジを構成
する取付座を設けることで、真空封入式圧電アクチュエ
ータはリンク機構として作用させることができ、これを
位置決め装置の駆動手段として用いたときに、真空封入
式圧電アクチュエータの伸縮により位置決めされる部材
の移動方向の自由度を増やすことができる。
は、積層型圧電素子を真空封入する金属缶として制振材
料を用いることにより、高速で駆動した場合に発生する
振動を小さくし、しかも速やかに減衰させることができ
る。また、金属缶の両端に、それぞれ弾性ヒンジを構成
する取付座を設けることで、真空封入式圧電アクチュエ
ータはリンク機構として作用させることができ、これを
位置決め装置の駆動手段として用いたときに、真空封入
式圧電アクチュエータの伸縮により位置決めされる部材
の移動方向の自由度を増やすことができる。
【００２９】本発明の位置決め装置は、可動部を移動さ
せる駆動機構として上記本発明の真空封入式圧電アクチ
ュエータを用いているので、他に減衰材を用いなくても
高速駆動時の振動が抑えられ、高速かつ高精度で、しか
も小型の位置決め装置を実現することができる。
せる駆動機構として上記本発明の真空封入式圧電アクチ
ュエータを用いているので、他に減衰材を用いなくても
高速駆動時の振動が抑えられ、高速かつ高精度で、しか
も小型の位置決め装置を実現することができる。
【図１】本発明の真空封入式圧電アクチュエータの一実
施例の断面図である。
施例の断面図である。
【図２】金属材料の強度と防振係数の関係を示すグラフ
である。
である。
【図３】真空封入式圧電アクチュエータの駆動時の共振
を避けるためのローパスフィルタの周波数特性を示すグ
ラフである。
を避けるためのローパスフィルタの周波数特性を示すグ
ラフである。
【図４】図３に示したローパスフィルタを介して駆動し
たときの真空封入式圧電アクチュエータの応答特性を示
すグラフである。
たときの真空封入式圧電アクチュエータの応答特性を示
すグラフである。
【図５】本発明の位置決め装置の一実施例の一部を破断
した斜視図である。
した斜視図である。
【図６】図５に示した位置決め装置の微動ステージ駆動
部の斜視図である。
部の斜視図である。
【図７】図６に示した真空封入式圧電アクチュエータの
正面図である。
正面図である。
【図８】従来の真空封入式圧電アクチュエータの断面図
である。
である。
【図９】図８に示した真空封入式圧電アクチュエータの
粘性減衰抵抗を大きくするための構造を示す図である。
粘性減衰抵抗を大きくするための構造を示す図である。
【図１０】図８に示した真空封入式圧電アクチュエータ
に減衰材を設けた場合と設けない場合との、真空封入式
圧電アクチュエータ応答特性を示すグラフである。
に減衰材を設けた場合と設けない場合との、真空封入式
圧電アクチュエータ応答特性を示すグラフである。
１０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０
ｆ 真空封入式圧電アクチュエータ １１ 積層型圧電素子 １２、３２ 金属缶（制振合金材料） １３、３３ 取付座 ２１ ベース ２２ Ｚステージ機構 ２３ 粗動ステージ ２４ 微動ステージ ２５ トップテーブル ２６ａ、２６ｂ 磁気チャック ２７Ｘ Ｘ方向粗動アクチュエータ ２７Ｙ Ｙ方向粗動アクチュエータ ２８Ｘ Ｘ方向クロスローラ案内 ２８Ｙ Ｙ方向クロスローラ案内 ２８Ｚ Ｚ方向クロスローラ案内 ３３ａ ノッチ ３５ レーザ測長器 ３６ 静電容量センサ
ｆ 真空封入式圧電アクチュエータ １１ 積層型圧電素子 １２、３２ 金属缶（制振合金材料） １３、３３ 取付座 ２１ ベース ２２ Ｚステージ機構 ２３ 粗動ステージ ２４ 微動ステージ ２５ トップテーブル ２６ａ、２６ｂ 磁気チャック ２７Ｘ Ｘ方向粗動アクチュエータ ２７Ｙ Ｙ方向粗動アクチュエータ ２８Ｘ Ｘ方向クロスローラ案内 ２８Ｙ Ｙ方向クロスローラ案内 ２８Ｚ Ｚ方向クロスローラ案内 ３３ａ ノッチ ３５ レーザ測長器 ３６ 静電容量センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｂ // Ｂ２３Ｑ 5/28 Ｃ
Claims (6)
- 【請求項１】 積層型圧電素子を金属缶で真空封入した
真空封入式圧電アクチュエータにおいて、 前記金属缶として制振材料を用いたことを特徴とする真
空封入式圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記制振材料は制振合金である請求項１
に記載の真空封入式圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 前記制振材料は多層鋼板である請求項１
に記載の真空封入式圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】 前記制振材料は繊維強化合金である請求
項１に記載の真空封入式圧電アクチュエータ。 - 【請求項５】 前記金属缶の両端に、それぞれ弾性ヒン
ジを構成する取付座が設けられている請求項１、２、３
または４に記載の真空封入式圧電アクチュエータ。 - 【請求項６】 所定の方向に移動可能に設けられた可動
部と、前記可動部を前記所定の方向に所定の量だけ移動
させる駆動機構とを有する位置決め装置において、 前記駆動機構として、請求項１ないし５のいずれか１項
に記載の真空封入式圧電アクチュエータを用いたことを
特徴とする位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066394A JPH07273383A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 真空封入式圧電アクチュエータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066394A JPH07273383A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 真空封入式圧電アクチュエータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273383A true JPH07273383A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13148808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066394A Pending JPH07273383A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 真空封入式圧電アクチュエータおよび該真空封入式圧電アクチュエータを用いた位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07273383A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002530880A (ja) * | 1998-11-20 | 2002-09-17 | ライカ マイクロシステムス リトグラフィー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 基板支持装置 |
| JP2007142292A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Advanced Mask Inspection Technology Kk | 基板検査装置 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP6066394A patent/JPH07273383A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002530880A (ja) * | 1998-11-20 | 2002-09-17 | ライカ マイクロシステムス リトグラフィー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 基板支持装置 |
| JP2007142292A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Advanced Mask Inspection Technology Kk | 基板検査装置 |
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