JPH1194849A - テーブル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヨーイングのないテーブルの移動を実現するテ
ーブル装置が提供する。 【解決手段】テーブル１は四本のコの字形棒状ばね５を
介して固定台２に連結されている。テーブル１と固定台
２と四本のコの字形棒状ばね５は例えばアルミ合金ブロ
ックの削り出し加工によって一体的に形成される。テー
ブル１と固定台２の間には、アクチュエーター３がＸ方
向に沿って、アクチュエーター４がＹ方向に沿って配置
されている。アクチュエーター３と４は、テーブル１に
接触する押圧部材３ｃと４ｃと、押圧部材３ｃと４ｃに
振動を与えるための励振用圧電体３ｂと４ｂと、押圧部
材３ｃと４ｃに変位を与えるための変位用圧電体３ａと
４ａとを有している。アクチュエーター３と４は、無変
位の状態においてテーブル１がわずかに変位するよう
に、テーブル１と固定台２の間の空間に組み込まれ、変
位用圧電体３ａと４ａは固定台２に接着により固定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡や走査型レーザー顕微鏡やその他の微小な変位を得
ることを必要とする分野において用いられるテーブル装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子顕微鏡や超精密加工機等、高精度な
動作が必要な場面において、弾性ばねを利用したテーブ
ル装置がよく用いられる。一般に弾性ばねを利用したテ
ーブル装置は摺動部を持たないため、ガタや摩擦や摩耗
の影響を受けず、テーブルを高精度な動作が可能であ
る。

【０００３】弾性ばねを用いて、被載体が載置されるテ
ーブルを固定台に対して二次元的または三次元的に移動
可能に支持したテーブル装置が提案されている。この種
のテーブル装置は、一般に、テーブルに互いに直交する
方向に変位を与える複数のアクチュエーターを備えてお
り、任意の一つのアクチュエーターを駆動することによ
り、テーブルを任意の一方向に移動させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなテーブル装
置では、特定のアクチュエーターの駆動に対して、他の
アクチュエーターとテーブルとの間の摩擦抵抗のため
に、テーブルにヨーイングが発生する。つまり、テーブ
ルの移動は、駆動したアクチュエーターの変位方向に沿
った並進的移動が望ましいが、実際には、駆動していな
いアクチュエーターとテーブルの間の摩擦抵抗のために
回転を伴なったものとなってしまう。

【０００５】このようなヨーイングの発生は、テーブル
に載せた被載体の位置決めにとって好ましくなく、位置
決め精度を低下させたり、位置決めの所要時間を増大さ
せたりする原因となる。本発明は、このような実状を鑑
みて成されたもので、その目的は、ヨーイングのないテ
ーブルの移動を実現するテーブル装置を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被載体を移動
させるテーブル装置であり、固定台と、被載体が載せら
れるテーブルと、固定台に対してテーブルを少なくとも
二次元的に移動可能に支持する弾性ばね手段と、テーブ
ルに少なくともニ方向の変位を与える複数のアクチュエ
ーターとを有しており、各アクチュエーターが、テーブ
ルに接触する押圧部材と、押圧部材に振動を与える励振
手段と、押圧部材に変位を与える変位手段と含んでい
る。

【０００７】このテーブル装置は、例えば、弾性ばね手
段は複数のコの字形棒状ばねを含み、変位手段は固定台
に固定された変位用圧電体を含み、励振手段は変位用圧
電体と押圧部材に挟まれこれらに固定された励振用圧電
体を含んでいる。

【０００８】さらに、このテーブル装置は、変位用圧電
体を駆動するための変位信号と励振用圧電体を駆動する
ための励振信号を生成するコントローラーと、変位信号
を変位用圧電体に増幅して供給する変位用アンプと、励
振信号を励振用圧電体に増幅して供給する励振用アンプ
と、励振用圧電体への励振信号の供給を制御するスイッ
チ手段とを有している。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。本発明の第一の実施の
形態によるテーブル装置を図１に示し、その駆動系のブ
ロックを図２に示す。

【００１０】図１に示すように、テーブル１は、四本の
コの字形棒状ばね５を介して固定台２に連結され、支持
されている。テーブル１と固定台２と四本のコの字形棒
状ばね５は一体的に形成されており、これは例えば加工
し易いため、アルミもしくはアルミ合金のブロックから
の削り出し加工によって作られる。テーブル１と固定台
２の間には、アクチュエーター３がＸ方向に沿って配置
され、アクチュエーター４がＹ方向に沿って配置されて
いる。

【００１１】アクチュエーター３は、テーブル１に接触
する押圧部材３ｃと、押圧部材３ｃに振動を与えるため
の励振用圧電体（励振手段）３ｂと、押圧部材３ｃ（テ
ーブル１）に変位を与えるための変位用圧電体（変位手
段）３ａとを有し、これらは接着によって互いに固定さ
れている。これと同様に、アクチュエーター４は、テー
ブル１に接触する押圧部材４ｃと、押圧部材４ｃに振動
を与えるための励振用圧電体（励振手段）４ｂと、押圧
部材４ｃ（テーブル１）に変位を与えるための変位用圧
電体（変位手段）４ａとを有し、これらは接着によって
互いに固定されている。

【００１２】アクチュエーター３と４は、無変位の状態
においてテーブル１がわずかに変位するように（テーブ
ル１を押圧するように）、テーブル１と固定台２の間の
空間に組み込まれ、変位用圧電体３ａと４ａは固定台２
に接着により固定されている。つまり、テーブル１と固
定台２の間隔およびアクチュエーター３と４の長さが、
後者が前者よりもわずかに大きくなるように選択されて
いる。

【００１３】アクチュエーター３と４が無変位の状態に
おいてコの字形棒状ばね５はたわんでおり、テーブル１
は、コの字形棒状ばね５の弾性復元力によって、アクチ
ュエーター３と４の押圧部材３ｃと４ｃに押し付けられ
ている。従って、アクチュエーター３と４の押圧部材３
ｃと４ｃの変位はテーブル１に変位を与える。

【００１４】図２に示すように、変位用圧電体３ａと４
ａはそれぞれ変位用アンプ１１ａと１２ａを介してコン
トローラー８に接続されており、コントローラー８で生
成される変位信号によって制御される。コントローラー
８から出力された変位信号は変位用アンプ１１ａと１２
ａで増幅されて変位用圧電体３ａと４ａに供給される。

【００１５】また、励振用圧電体３ｂと４ｂはそれぞれ
励振用アンプ１１ｂと１２ｂおよびスイッチ９と１０を
介してコントローラー８に接続されており、コントロー
ラー８で生成される励振信号とスイッチ９と１０のオン
オフによって制御される。コントローラー８から出力さ
れた励振信号はスイッチ９と１０で励振用アンプ１１ｂ
と１２ｂへの供給が制御され、スイッチ９と１０から出
力された励振信号は励振用アンプ１１ｂと１２ｂで増幅
されて励振用圧電体３ｂと４ｂに供給される。

【００１６】テーブル１をＸ方向に駆動する場合、アク
チュエーター４の励振用圧電体４ｂに励振信号を供給し
てこれを振動させながら、アクチュエーター３の変位用
圧電体３ａに変位信号を供給してこれを伸縮させる。励
振用圧電体４ｂの振動は、スクイーズ効果により、テー
ブル１と押圧部材４ｃの間の摩擦抵抗を低減する。この
テーブル１と押圧部材４ｃの間の摩擦抵抗の低減は重要
である。つまり、テーブル１と押圧部材４ｃの間の摩擦
抵抗が低減されていない場合には、テーブル１が移動す
る際にテーブル１と押圧部材４ｃの間の摩擦抵抗によっ
てヨーイングが発生してしまう。しかし、このテーブル
装置では、励振用圧電体４ｂの振動によってテーブル１
と押圧部材４ｃの間の摩擦抵抗が低減されるので、テー
ブル１は、変位用圧電体３ａの伸縮に対して、ヨーイン
グを伴なうことなく、Ｘ方向に並進的に変位する。

【００１７】同様に、テーブル１をＹ方向に駆動する場
合、アクチュエーター３の励振用圧電体３ｂに励振信号
を供給してこれを振動させながら、アクチュエーター４
の変位用圧電体４ａに変位信号を供給してこれを伸縮さ
せる。これにより、テーブル１は、変位用圧電体４ａの
伸縮に対して、ヨーイングを伴なうことなく、Ｙ方向に
並進的に変位する。

【００１８】位置調整後は、スイッチ９と１０により励
振信号の供給を停止し、テーブル１と押圧部材３ｃと４
ｃとの間の摩擦抵抗を高めて、テーブル１の静止時の位
置安定性を向上させる。

【００１９】励振用圧電体３ｂと４ｂの振動による位置
決め精度の低下が懸念されるが、例えば１００μｍの走
査範囲に対して要求される位置決め精度は５０ｎｍ程度
であり、励振用圧電体３ｂと４ｂの振動がテーブル１に
与える振動は数ｎｍ程度で、この状況下において２０〜
３０ｎｍの分解能を実現できるので、実用上まったく問
題ない。

【００２０】各アクチュエーター３と４がそれぞれ変位
用圧電体３ａと４ａと励振用圧電体３ｂと４ｂを別々に
備えている点は重要である。つまり、変位と励振の両方
を一つの圧電体で行なわせる場合には、帯域の広い特殊
なアンプが必要となるが、このようなアンプは非常に高
価である。しかし、このテーブル装置では、各アクチュ
エーター３と４がそれぞれ変位用圧電体３ａと４ａと励
振用圧電体３ｂと４ｂを別々に備えているため、それら
を駆動するために必要な個々のアンプが帯域の狭い安価
なもので済み、装置のコスト低減にとって有益である。

【００２１】これまでの説明から分かるように、このテ
ーブル装置では、励振用圧電体３ｂと４ｂの振動による
スクイーズ効果によって、テーブル１と押圧部材３ｃと
４ｃの間の摩擦抵抗が低減されるので、ヨーイングのな
いテーブル１の移動を実現することができる。

【００２２】続いて、本発明の第二の実施の形態による
テーブル装置の駆動系のブロックを図３に示す。本実施
形態のテーブル装置の構造体（テーブル１と固定台２と
コの字形棒状ばね５）は第一の実施の形態（図１参照）
と同じであり、図３にはテーブル１のみを示してある。

【００２３】このテーブル装置では、二本のアクチュエ
ーター１４と１５がＸ方向に沿って設けられ、アクチュ
エーター１６がＹ方向に沿って設けられている。二本の
アクチュエーター１４と１５はテーブル１の両端近くに
位置し、アクチュエーター１６はテーブル１の中央に位
置しており、これらのアクチュエーター１４と１５と１
６は、無変位の状態においてテーブル１がわずかに変位
するように、テーブル１と固定台２（図１参照）の間の
空間に組み込まれている。

【００２４】アクチュエーター１４と１５と１６は、そ
れぞれ、テーブル１に接触する押圧部材１４ｃと１５ｃ
と１６ｃと、押圧部材１４ｃと１５ｃと１６ｃに振動を
与えるための励振用圧電体１４ｂと１５ｂと１６ｂと、
押圧部材１４ｃと１５ｃと１６ｃに変位を与えるための
変位用圧電体１４ａと１５ａと１６ａとを有し、これら
は接着によって互いに固定されている。

【００２５】変位用圧電体１４ａと１５ａと１６ａは変
位用アンプ１７を介してコントローラー１８に接続され
ており、コントローラー１８で生成される変位信号によ
って制御される。コントローラー１８から出力された変
位信号は変位用アンプ１７で増幅されて変位用圧電体１
４ａと１５ａと１６ａに供給される。

【００２６】また、励振用圧電体１４ｂと１５ｂと１６
ｂは励振用アンプ１９とスイッチ２０を介してコントロ
ーラー１８に接続されており、コントローラー１８で生
成される励振信号とスイッチ２０のオンオフによって制
御される。コントローラー１８から出力された励振信号
はスイッチ２０で励振用アンプ１９への供給が制御さ
れ、スイッチ２０から出力された励振信号は励振用アン
プ１９で増幅された励振用圧電体１４ｂと１５ｂと１６
ｂに供給される。

【００２７】テーブル１を基準にしてアクチュエーター
１４と１５の反対側には、テーブル１の両端近くに、セ
ンサー２１と２２が設けられている。センサー２１と２
２は、それに向き合ったテーブル１の端面の変位を検出
するためのもので、センサーアンプ２３を介してコント
ローラー１８に接続されている。

【００２８】テーブル１をＸ方向に駆動する場合、アク
チュエーター１６の励振用圧電体１６ｂを振動させなが
ら、アクチュエーター１４と１５の変位用圧電体１４ａ
と１５ａを伸縮させる。励振用圧電体１６ｂの振動によ
り、テーブル１と押圧部材１６ｃの間の摩擦抵抗が低減
する。さらに、コントローラー１８は、センサー２１と
センサー２２の差信号がゼロになるように、変位用圧電
体１４ａと１５ａを制御する。これにより、変位用圧電
体１４ａと１５ａの個体差によるヨーイングの発生が防
止される。従って、テーブル１は変位用圧電体１４ａと
１５ａの伸縮に応じてヨーイングを伴なうことなくＸ方
向に変位する。

【００２９】テーブル１をＹ方向に駆動する場合、アク
チュエーター１４と１５の励振用圧電体１４ｂと１５ｂ
を振動させながら、アクチュエーター１６の変位用圧電
体１６ａを伸縮させる。励振用圧電体１４ｂと１５ｂの
振動により、テーブル１と押圧部材１４ｃと１５ｃの間
の摩擦抵抗が低減する。また、二本のアクチュエーター
１４と１５は二つのセンサー２１と２２を用いて等しい
長さに制御されており、テーブル１はこれらのアクチュ
エーター１４と１５との接触が維持されるので、ヨーイ
ングの発生が防止される。従って、テーブル１は変位用
圧電体１６ａの伸縮に応じてヨーイングを伴なうことな
くＹ方向に変位する。

【００３０】位置調整後は、励振用圧電体１４ｂと１５
ｂと１６ｂの振動を停止して、テーブル１と押圧部材１
４ｃと１５ｃと１６ｃの間の摩擦抵抗を高め、テーブル
１の静止時の位置安定性を向上させる。

【００３１】以上の説明から分かるように、このテーブ
ル装置では、スクイーズ効果を利用したテーブル１と押
圧部材１４ｃと１５ｃと１６ｃの間の摩擦抵抗の低減
と、テーブル１と二本のアクチュエーター１４と１５の
接触と、二本のアクチュエーター１４と１５の長さ制御
とにより、ヨーイングのないテーブル１の移動を実現す
ることができる。本発明は上述した実施の形態に何等限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行
なわれるすべての実施を含む。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ヨーイングのないテー
ブルの移動を実現するテーブル装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態によるテーブル装置
を示している。

【図２】図１に示すテーブル装置の駆動系のブロックを
示している。

【図３】本発明の第二の実施の形態によるテーブル装置
のブロックを示している。

【符号の説明】

１ テーブル ２ 固定台 ３、４ アクチュエーター ３ａ、４ａ 変位用圧電体 ３ｂ、４ｂ 励振用圧電体 ３ｃ、４ｃ 押圧部材 ５ コの字形棒状ばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被載体を移動させるテーブル装置であ
   り、 固定台と、 被載体が載せられるテーブルと、 固定台に対してテーブルを少なくとも二次元的に移動可
   能に支持する弾性ばね手段と、 テーブルに少なくともニ方向の変位を与える複数のアク
   チュエーターとを有しており、 各アクチュエーターが、テーブルに接触する押圧部材
   と、押圧部材に振動を与える励振手段と、押圧部材に変
   位を与える変位手段とを含んでいるテーブル装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、弾性ばね手段は複数
   のコの字形棒状ばねを含み、変位手段は固定台に固定さ
   れた変位用圧電体を含み、励振手段は変位用圧電体と押
   圧部材に挟まれこれらに固定された励振用圧電体を含ん
   でいるテーブル装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、変位用圧電体を駆動
   するための変位信号と励振用圧電体を駆動するための励
   振信号を生成するコントローラーと、変位信号を変位用
   圧電体に増幅して供給する変位用アンプと、励振信号を
   励振用圧電体に増幅して供給する励振用アンプと、励振
   用圧電体への励振信号の供給を制御するスイッチ手段と
   を更に有しているテーブル装置。