JPS60145613A - 回転微動機構 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、物体を高精度に位置決めできる微動機構の改
良Ｃ二関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、半導体ウェハやマスク基板等の試料に微細パタン
を形成するものとして電子ビーム描画装置、縮小投影形
転与装置およびＸ線転与装置等が開発されているが、こ
の種の装置ではサブミクロン単位の精度を保持するため
鴫二、微小に駆動する駆動機構が必要となる。また上記
装置（二限らず、測定器で精密な測定を行なう分野等に
おいても、高精度を有する微動駆動機構が必要である。

このような微動駆動機構として最近発明者等は第１図（
ａ）　、　（ｂ）に示す如き回転微動機構を考案した（
特願昭５７−１９３２８号）。この方式では、微小ステ
ップが０．００５μｍ程度の微動可能な素子を用いて、
１回転以上の回転ができる。この回転機構Ｃ二ついて説
明する。第１図（ａ）は平面図で（ｂ）は同図（ａ）の
矢視ＡＡ断面図を示している。図中１は回転板であり、
この回転板１は半円板状の第１および第２の移動部材２
，３を弾性ヒンジ４で接続して構成されている。なお実
際には円板の中心軸を対称とする該円板の外周部２ケ所
をそれぞれ一部切欠くとＡもに、該切欠部から中心軸Ｃ
二向つ℃それぞれ切欠みを設けること（二よって上記移
動部材２，３および弾性ヒンジ４からなる、回転円板１
が形成される。そして回転円板１は基台５上に移動自在
（＝載置されると共４二その中心である弾性ヒンジ４の
下面（−設けたピン６（二よって回転中心が規定されて
いる。

回転板１の前記切欠部ｉｎは、第１．および第２の駆動
部材７，８がそれぞれ設けられ℃いる。これらの駆動部
材７，８はそれぞれの印加電圧（二応じて伸縮する圧電
素子からなるもので、その伸縮方向（図中に示す矢印方
向）の両端（二前記第ｌおよび第２の移動部材２，３が
それぞれ固定されている。なお、この固定は、接着、ね
じ止め、圧入等のいずれであっても良い。また第ｌの駆
動部材ｌにはスイッチ９ａを介してｆｉＪ’　Ｋ　’ｍ
圧電源１０　ａが接続され第２の駆動部材８（二はスイ
ッチ９ｂを介して可変電圧電弾１０　ｂが接続されるも
のとなっている。

一方、前記第１の移動部材２の下部（二は、電極１１　
ａおよび絶縁物１１　ｂ　、１１　Ｃ，＠３らなる静電
チャック］１が設けられ℃おり、上記電極１１　ａと前
記基台５との間にスイッチ１３　ａを介し″ｃ電諒１４
　ａを接続することにより第１の移動部ｉＡ２が基台５
上に吸着ｌ自走されるものとなつ℃いる。また第２の移
動部材３の下部（二は、上記靜′屯チャック１１と同様
な第２の静電チャック１２が設けられており、このチャ
ック１２により第２の移動部材３が基台５上に吸着固定
されるものとなっている。

このよう（二構成された回転微動機構では、まず前記第
２の静電チャック１２（二より第２の移動部材３を基台
５上に吸着固定する。この状態で第１の駆動部材７を伸
長させると共に、第２の枢動部材８を縮長させる。これ
により第１の移動部材２は第２図（ａ）に示す如く弾性
ヒンジ４を中心として矢印方向Ｐ方向に微小回転する。

次に前記第１の静電チャック１１（二より第１の移動部
材２を基台５上（二固定し、その後節２の静電チャック
１２による第２の移動部材３の固定を解除する。この状
態で第１の駆動部材７を縮長させると共（二鎖２の駆動
部ｉＡ’　８を伸長ざぜると第２の移動部材３が第２図
（ｂｌ（＝示すシロく弾性ヒンジな中心にして回転する
とと（二なる。

カくシて回転板ｌを微動駆動し得ると共にこの繰返し動
作によって回転ストロークを長くとることができる。さ
らに駆動部材７，８に印加する電圧を’Ｊ４Ｍすること
によって、回転板の粗動および超微動を容易Ｃ二行なつ
ことができる。

ところで、このような機構にあっては、回転板ｌを駆動
している間は回転板２を１回転板２を、駆動しχいる間
は回転板１を確実（二固定しておく必要がある。発明者
等の実験によると上記微動哉構を高速で駆動させると、
本来固定されるべき回転板がスリップして逆回転してし
まうことが測定された。これは駆動される回転円板の慣
性抵抗が反力として固定側の回転円板に加イっるためで
ある。

この結果、スリップした分だけ回転速度が低ドし。

かつ回転トルクも低下してしまう。また、スリップする
ことにより摩耗も増加し、好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明は上記回転円板のスリップを防止し、回転速度１
回転トルクの低下を防止した回転倣動機構を提供するも
のである。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、従来の回転微動８４構に逆転防止′機
構を取付けたことを特徴とする。また回転方向によって
該逆転防止機構の動作方向を切変えるよう（ニしたこと
を特徴とする。

逆転防止機構は、摩擦力を二よって動作するものであり
回転円板のスリップ方向（二そって動くフォロアーと、
該フォロアーが回転円板スリップ方向に動くとき、該フ
ォロアーの回転中心と回転円板との間（ニフオロア−が
くさび効果１：よつ℃くい込んでいくような構造となっ
ており、このくさび効果によって、該フォロアの回転中
心軸と回転円板との間に力を発生させそこ（二働く摩擦
力ζ二よってスリップを防止させるものである。この場
合、回転方向が反対になるとスリップする方向も反対に
なるため、上記逆転防止機構もくきび効果の働きが切変
えられるようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば従来の回転微動機構のように高速で駆動
させても固定側の回転円板のスリップは防止され、との
ため、回転速度が目標値に近い量だけ得られる。また従
来はスリップによって得られるトルクが小さかったがス
リップが防止されたため、かつ発生するトルクが従来で
は回転円板を固定する静電チャック力、あるいは機械的
（二固定する力のみで得られていたものが上記逆転防止
機構で得られるとと（二なり、高いトルクが発生できる
よう（二なる。すべての電源が供給されていないとき、
回転円板が自由に回転してしまうのを避けることができ
るなど利点が多い。

〔発明の実施例〕

第３図は、本発明の一実施例（二係わる回転微動機構の
概略構成図を示す。なお、第１図（ａ）　、　（ｂｌと
同一部分（二は同一符号を付してその詳しい説明は省略
する。この実施例が前記第１図（ａ）　、　（ｂｌに示
した機構と異なる点は、図で示したような逆転防止機構
製を設けたことにある。

すなわち、基台５上に固定された支持具５］はＬ形構造
をしており、その一方の腕は回転円板２゜３上にそれぞ
れつき出した構造となっている。ルｕの先端には回転軸
５２があり、例えはころがり玉Ｑ！ｌｌｉ受などで支持
され又いる。

回転軸にはフォロアー５３が固定されており回転軸を中
心（二回転できるよう（ユなっている。フォロアーはそ
れ自身の中心とは偏心した位置（二回転支持されており
、フォロアーの一部が回転円板２゜３とそれぞれ接触し
ている。第３図では矢印方向（ニスリップするのを防止
するよう（＝示されている。

回転円板３が矢印方向にスリップすると一回転円板３と
フォロアー５３との間のまさつ力によってフォロアは左
回転しようとする。この動きは回転中心５２と回転円板
３との間にフォロアーを無理に押こもうとするように１
＠き、回転円板を強い力で基板Ｃ二押えつける力を発生
する。この方（二よって生じた基板と回転円板のフォロ
アーと回転円板の間の摩擦力はスリップを防止するよう
に働く。

逆Ｃ二回転円板が矢印と反対の方向、（回転方向）（−
進むときはフォロアは右回転し、上述した力は作用しな
い。上述したよう（二回転円板２，３にそれぞれ逆転防
止機構刃が設けられているため、各回転円板のスリップ
は防止され、スリップ（＝よる回転速度の低下、発生ト
ルクの低下が防止される。

回転方向を逆転した時は、この状態では逆転防止機構が
働い工しまい回転しない。この場合はフォロアを大きく
右回転させ１図で示した破線の状態にする。回転円板２
にある逆転防止機構も同様な操作を行なう。こうするこ
と（＝よってスリップ方向（二対してくさび効果による
力が発生し、スリップが防止されること（二なる。この
フォロアの回転は手動で行なっても、何らかの駆動装置
な用いて自動で行なっても良い。

〔発明の他の実施例〕

なお本発明は上述した実施例に限窃されるものではない
。逆転防止機構の構造は、イ」々考えられる。例えば第
３図で示したフォロアー５３３は第４図（ａ）で示すよ
うに棒状のものであっても良いしその形状は種々考えら
れる。また初期予圧を与える意味で第４図（ｂ）で示す
ようにスプリング５４を逆転防止機構の中Ｅ含ませても
良い。

要するに本発明の要旨を免税しない範囲でその構造は種
々考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転微動機構の概略構造を示し。 （ａｌ　ｔＩ′ｉ平面図、（ｂ）は断面図、第２図（ａ
）　、　（ｂ）は各々回転微動機構の駆動状態を示す説
明図、第３図は本発明の一実施例を示し伸）は平面図、
（ｂ）は断面図、第４図は本発明の他の実施例を説明す
る為の図である。 １・・・回転微動機構、　２．３・・・回転円板、４・
・・弾性ヒンジ、５・・・基台、 ６・・・ビン、　７，８・・・、１駆動部材、９ａ、９
ｂ、１３ａ、１３ｂ−−・スイッチ。 １０ａ　、　１０ｂ　、　１４ａ　、　１４ｂ　−・−
電源、１１・・・第１の静′屯チャック（第１の固定部
材）。 １２・・・第２の静電チャック（第２の固定部組）、（
２）・・・逆転１）す止機構、　５１・・・Ｌ形支持具
、５２・・・回転軸、　５３・・・フォロアー、５４・
・・スプリング。 （７３１７）弁理士　則近憲佑　（ほか１名）第１図 輸 第２図 第　３　図 第　４　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台上（＝移動自在に載置された第１および第２
   の移動部材と印加電圧に応じて伸縮する圧電素子からな
   りその伸縮方向両端（二上記第１および第２の移動部材
   が取着された駆動部材と、上記第１および第２の移動部
   材を前記基台上に交互（二固定するとともにこれらの移
   動部材の少なくとも一方を常（二固定する固定部材と、
   上記第１および第２の移動部材の回転中心を決定する手
   段とを具備し、前記駆動部材の伸縮作用および前記固定
   部材の固定作用（二より前記第１および第２の移動部材
   を回転せしめる回転微動機構（二おいて。 逆転防止機構を取付けたことを特徴とする回転微動機構
   。
2. （２）　前記逆転防止機構は、摩擦か（二よって動作す
   るものであり、該移動部材と当−し工回転中心まわり（
   一回転自由なフォロアーと、該フォロアーの回転中心を
   決定する回転支持体とから成り、市フォロアーの回転半
   径が、該フォロアーの回転中心と移動部材との間の距離
   よりも多小犬きめにし。 該フォロアの回転（二よって移動部材を押しつけるよう
   にして逆転を防止したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の回転微動機構。