JPS6247581A - 微動ステ−ジ装置 - 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〉 本発明は例えば半導体製造装置、顕微鏡等の精密測定機
器、高精度加工機等に適用する微動ステージ装置に関す
る。

〈発明の概要〉 本発明は、取付基板上に縦設したセンタ支柱に回転ベー
スを軸承し、該ベース上に取付へ一ス、バネ定数調整手
段を有す２枚の平行板ばね、試料ステージを配備し、支
柱を囲み等角位置に対応して板ばねと取付ベースとの間
に試料ステージの垂直微動機構、取付基板と回転ヘース
との間に試料ステージを微動回転させる微動回転機構を
配備してなり、組立調整に精密作業を要せずして試料ス
テージの高精度な垂直微動および高分解能な回転微動を
実現すると共に、特に、平行板ばねの半径方向のバネ定
数を平行板ばね外周全周に対して均一に調整することに
より、部品加工コストの低減、ｍ立作業の簡易化を実現
したものである。

〈従来の技術〉 この種微動ステージ装置としては、例えば第８図乃至第
１０図に示す如（、ハウジング８の立上りフランジ８１
の上周面に円形板ばね８２の外周部を取付は固定し、円
形板ばね８２の中心部に位置して上面にステージ８３、
下面にアーマチア８４の日直支柱８５の上端がそれぞれ
一体的に取付は固定され、ハウジング８中には、前記ア
ーマチア８４における水平基板８６の上下にアーマチア
ギャップｈ、　　ｈを設けて対向する一対のリング状磁
気吸着機構９，９ａを配設している。また、試料ステー
ジ８３には、その−側に回転伝達レバー８７を突設し、
該レバー８７を直交方向に往復動する往復動機構８８に
連繋している。かかるステージ装置において、ステージ
８３を垂直微動する場合、予め、磁気吸着機構９，９ａ
に電流を流さない状態でアーマチアキャップｈ、ｈを設
定し、以後、磁気吸着機構９，９ａの電流値を微調整し
てアーマチアギャップｈ、ｈを微小変化させることによ
り、ステージ８３は垂直方向に微動調整される。また、
ステージ８３を微動回転する場合、往復機構８８を作動
することによりレバー８７が変位し、ステージ８３は支
軸８９を回転中心として回転方向に微動する。ところが
、上記従来のステージ装置では、アーマチア８４および
対をなす磁気吸着機構９．９ａ等を完全水平、垂直に組
立てることは困難であり、従って、第１０図に示す如く
、アーマチア８４に対して磁気吸着機構９，９ａがθだ
け傾き固定された場合、磁気吸着機構９，９ａの吸引力
によってアーマチア８４は力Ｆが発生し、この方Ｆは円
形板ばね８２の中心摺りの曲げモーメントＭとして作用
し、その結果、ステージ８３は傾斜する。ステージ８３
を完全水平に保ち、垂直微動する場合、前記曲げモーメ
ン）Ｍが垂直送り精度に悪影響を及ぼし、送り精度の劣
化を招く一因をなしている。また、微動回転機構８８に
おいて、ステージ８３に突設した回転伝達レバー８７と
これに直交した往復駆動機構の作動レバー９０は常に弾
圧状態で接合しているため、ステージ８３が垂直微動を
行うと、前記レバー８７．９０間に摩擦力Ｆが発生し、
従って、ステージ８３は第９図に仮想線にて示す如く、
摩擦発生部を支点として傾斜微動を生じる。この傾斜微
動はステージの水平度が失われ垂直送り精度の劣化を招
く。

〈発明の目的〉 この発明は、板ばねの剛性をアップし且つアーマチアギ
ャップ調整を簡易化し、高精度な垂直微動送り、および
、回転激動送りを実現すると共に、精密な組立調整を要
しない新規な微動ステージ装置を提供することを目的と
する。

〈発明の構成および効果〉 上記の目的を達成するため、この発明では、取付基板上
に縦設したセンタ支柱に回転ヘースを軸承し、この回転
ベース上へ、取付ベース、バネ定数調整手段を有す２枚
の平行板ばね、試料ステージを配備し、支柱を囲む等角
位置に対応して板ばねと回転ベースとの間に試料ステー
ジの垂直微動機構を、また取付基板と回転ベースとの間
に試料ステージを微動回転させる微動回転機構を配備し
て成る。

上記の構成によると、この発明では、試料ステージは平
行板ばねによって傾きに対する剛性が高く、従って、垂
直微動機構の垂直方向の作用力にアンバランスが生じて
も、試料ステージは水平性を維持すると共に、特に、平
行板ばねの半径方向のバネ定数を平行板ばね外周全周に
対して均一に調整することにより、従来の板ばねの如く
、加工および組立に高精度を要せず、以て、コストの低
減、組立性の改善を実現する。

また垂直微動機構は、３組のＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ構造の
吸着機構を独立して配設しているため、吸着機構対向面
間ギヤノブ或いはアーマチアギャップを微調整すること
により試料ステージを傾けることなく垂直微動できる。

また、微動回転機構は、従来のレバ一連繋構造をもたな
いため、摩擦力等によるステージの微動傾斜がなく、試
料ステージは常に完全水平状態を保持する。

また、試料ステージの垂直微動機構と微動回転機構は、
相互に独立構造となしたから、互いに悪影響を及ぼすこ
とがなく、それぞれ安定した微動動作を実現し、動作の
信頼性、安定性を向上する等の実用上の効果を奏する。

〈実施例の説明〉 第１図および第２図は本発明にかかる微動ステージ装置
を示す。

該微動ステージ装置は、取付基板１上に縦設されたセン
タ支柱１１と、該センタ支柱１１に回転可能に軸承され
た回転ベース１２と、該回転ベース１２の筒部上に軸固
定された取付ベース１３と、取付ベース１３上に取付け
られた円盤状板ばね２および放射状板ばね３を以てなす
平行板ばねと、杉板ばね２上に配備され外周縁を固定支
持した試料ステージ４と、センタ支柱１１の周辺等角位
置に対応して平行板ばねと取付へ□−ス１３との間に配
設された垂直微動機構５と、取付基板１と回転ベース１
２との間に設けられ、垂直微動機構５を含む試料ステー
ジ４を微動回転させる微動回転機構とから構成する。

平行板ばねを構成した円盤状板ばね２は、中央にリング
状取付部２１、該取付部２１の外周に円盤状バネ部２２
、該バネ部２２の外周に前記取付部２１と同心円の取付
リング部２３を一体形成している。

放射状板ばね３は、円盤状板ばね２と同様、中央にリン
グ状取付部３１、該取付部３１の外周に放射状に突出す
る帯状ハネ部３２、各帯状ハネ部３２の先端に、該バネ
部３２と直角な薄肉バネ部３３を介して取付リング部３
４を一体に形成してなり、杉板ばね２，３は、これを上
下に重ね取付部２１．３１を取付ベース１３の上面にビ
ス固定すると共に、外周取付リング部２３．３４を重合
し、核部に試料ステージ４の外周部を一体結合し、取付
ベース１３と試料ステージ４との間に平行ばねを構成し
ている。

上記平行板ばねのバネ定数調整手段３５は、各薄肉バネ
部３３の外側面に、それぞれ帯状バネ部３２に対応して
ネジ穴３６を有すボス部３７を設け、一方、各ボス部３
７に対応して取付リング部３４に、前記ネジ穴３６に対
向して貫通孔３８を有す止め板３９を取付は固定して、
該貫通孔３８よりネジ穴３６に対し調整ネジ軸４０を螺
合してなり、ネジ軸４０を回転して薄肉ばね部３３を弾
性変形させ帯状バネ部３２の引張応力、所謂ハネ定数を
調整するようになしている。

垂直微動機構５は、センタ支柱１１を囲む円周の等角位
置に構成したもので、放射状板ばね３の１２０度位開位
置付は固定された３個のアーマチア５１と、取付ベース
１３に突設したアーム１４に取付けられ、各アーマチア
５１の上下面に対向配備した３組の磁気吸着機構５３゜
５３ａとからなる。

各アーマチア５１は、端部の取付部５２を取付リング部
３４に接着或いはビス固定して試料ステージ４と完全平
行に設定されている。

対をなす磁気吸着機構５３，５３ａは、アーマチア５１
の上、下面に所定のアーマチアギャップｈ、ｈを設けて
配備され、アーマチア５１を磁気的に変位させるもので
、ヨーク５４におけるセンタ部５５にコイル５６を巻い
てなる電磁石、および内部に永久磁石５７を配備したＰ
ｕｓｈ−Ｐｕｌｌ構造の吸着機構であって、永久磁石５
７によりアーマチア５１に対し常時吸引力が作用するよ
うになす。

微動回転機構６は、取付基板１上に直線運動機構６１お
よび該機構の直線運動を回転運動に変える伝達機構６７
を配設し、該伝達機構６７の伝達ピン４を回転ヘース１
２に連繋して構成される。

前記直線運動機構６１は、取付基板１に配設され、駆動
軸６３上に送りネジを形成した正逆回転する減速モータ
６２と、駆動軸６３に沿って形成された摺動ガイド６４
と、駆動軸６３に螺合され、該軸６３の回転駆動により
往復動するリードナツト６５とからなり、該リードナツ
ト６５にはガイドピン６６を突設して下端を摺動ガイド
６４に係合すると共に、該ピン６６の軸身部に伝達機構
６７を連繋している。

伝達機構６７は、固定部６９の一側に薄肉ひんし部７０
を介して可動部７１を一体形成した伝達部材６８を設け
て、前記固定部６９を取付基板１上に縦設固定すると共
に、可動部７エにはこれと一体のレバー７２および嘉亥
レバー７２と対向する板ばね製弾性片７３を有し、レバ
ー７２と弾性片７３との間に前記ガイドピン６６を係合
把持している。可動部７１の上面には伝達ピン７４が縦
設され、一方、回転ヘース１２にはこれと一体の突片１
５、咳突片１５に対向して板ばね製弾性片１６を有し、
弾性片１６と突片１５との間に前記伝達ピン７４を係合
把持して伝達機構を構成してなり、リードナツト６５が
軸方向に移行するとき、可動部７１はひんじ部７０を支
点として回動し、伝達ピン７４と回転ベース１２の連繋
により試料ステージ４が微動回転する。

然して、本発明微動ステージ装置の組立に際しては、予
め３組の磁気吸着機構５３．５３ａに対しＰｕｓｈ−Ｐ
ｕｌｌ特性、即ち負荷電流−吸引力特性が一致するよう
に磁極面ｇ、ｇを完全平行に揃え、その間にアーマチア
５１を位置させた後、対をなす磁気吸着機構５３．５３
ａを作動して上下アーマチアギヤツブｈ、　　ｈを同等
に設定する。

試料ステージ４の微動調整に際し、対をなす磁気吸着機
構５３．５３ａに通電すると、対応したアーマチア５１
は上または下に微小変位し、同時に平行板ばね２，３の
外周部が微小変位して試料ステージ４は垂直方向に微動
調整される。

このとき、かりに、平行板ばね２，３に、半径方向のた
わみ等の不均一性が存在した場合、第７図において、ネ
ジ軸４０を回転して帯状バネ部３２に引張力ｆを作用さ
せ、各帯状バネ部３２の半径方向のハネ定数を調整し、
微小変位時、半径方向たわみの全周における均一性を出
せばよい。

次に、試料ステージ４の微動回転調整に際し、モータ６
２の作動によりリードナツト６５が軸方向に移行すると
き、リードナツト６５は、これに連繋した可動体７１を
ひんし部７０を支点として回動させ、可動体７１は伝達
ピン７４を介して連繋した回転ベース１２を微動回転さ
せ、従って試料ステージ４の高精度な微動回転調整をな
し得る。

本発明は上記の如く、センタ支柱１１に回転ベース１２
を軸承し、該ベース１２上に取付ベース１３、取付ベー
ス１３上に２枚の平行板ばね２，３、平行板ばね２，３
上に試料ステージ４を取付け、支柱１１を囲む等角位置
に対応して放射状板ばね３と取付ヘース１３との間に試
料ステージ４０垂直漱動機構５、取付基板１と回転ベー
ス１２との間に試料ステージ４の微動回転機構６を設け
たから、本発明は特に、試料ステージ４の垂直微動機構
５および微動回転機構６はそれぞれ独立して構成され、
従来装置の如く相互の悪影響がなく、各微動動作の信頼
性、安定性が向上する。

また、本発明は、特に放射状板ハネ３に対し、バネ定数
調整手段３５を設けたから、平行板ばねの半径方向のバ
ネ定数を平行板ばね外周全周に対し均一に調整でき、従
って、従来の如く、板ばねの加工および組立てに高精度
を要せず、部品コストおよび組立てコストの低減を実現
する。

しかも、本発明は、板ばね２．３の周辺等角位置にアー
マチア５１を配設し、各アーマチア５１にそれぞれ対を
なすＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ構造の磁気吸着機構５３．５３
ａを対向配備して垂直微動機構５を構成したから、試料
ステージ４の水平設定に際し、アーマチアギャップ調整
に自由度が得られ、調整が著しく容易となる。

更に本発明では、２枚の平行板ばね構造を用いたため、
試料ステージ４の傾斜に対する剛性が高く、安定した垂
直微動を実現する。また、微動回転機構６には、直線運
動を回転運動に変える伝達機構６７の一部に薄肉ひんし
部７０を設けて、試料ステージ４に対し動力を伝達する
ようにしたから、試料ステージ４は、微動回転時、全く
ガタッキがなく、安定し且つ高精度な微動回転調整をな
し得ると共に、本発明装置は従来装置に比較して小型化
、軽量化を達成する等の幾多の効果を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部を断面に表した本発明微動ステージ装置の
平面図、第２図は第１図ｎ−ｎ線断面図、第３図は微動
回転動作の原理説明図、第４図は平行板ばねの組立状況
を示す斜視図、第５図はバネ定数調整手段の側面図、第
６図は第５図中Ｖｌ−ＶＴ線断面図、第７図はバネ定数
の調整状況を示す断面図、第８図は従来の微動ステージ
装置の平面図、第９図は第８図中ＩＸ−ＩＸ線断面図、
第１０図は従来装置の動作の説明図である。 ｌ・・・・取付基板　　　１１・・・・センタ支柱１２
・・・・回転ベース　　１３・・・・取付ベース２・・
・・円盤状板ばね　２１・・・・取付部２２・・・・バ
ネ部　　　　２３・・・・リング部３・・・・放射状板
ばね　３１・・・・取付部３２・・・・バネ部　　　　
３３・・・・薄肉バネ部３４・・・・リング部 ３５・・・・バネ定数調整手段 ３６・・・・ネジ孔　　　　３７・・・・ボス部３８・
・・・貫通孔　　　　３９・・・・止め板４０・・・・
ネジ軸　　　　４・・・・試料ステージ５・・・・垂直
微動機構　５１・・・・アーマチア５３・・・・磁気吸
着機構　６・・・・微動回転機構６１・・・・直線運動
機構　６７・・・・伝達機構７４・・・・伝達ピン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）取付基板上に縦設されたセンタ支柱と、該センタ
   支柱に軸承された回転ベースと、該回転ベース上に取付
   け固定された取付ベースと、取付ベース上に取付けられ
   た円盤状板ばねおよび放射状板ばねを以てなす平行板ば
   ねと、該板ばね上に配備され外周部を支持した試料ステ
   ージと、センタ支柱の周辺等角位置に対応して板ばねと
   取付ベースとの間に配設された垂直微動機構と、取付基
   板と回転ベースとの間に設けられ垂直微動機構を含む試
   料ステージを微動回転する微動回転機構とを具備してな
   り、前記平行板ばねを構成した放射状板ばねの外周部に
   バネ定数調整手段を設けて成る微動ステージ装置。
2. （２）バネ定数調整手段は、放射状板ばねにおいて、各
   帯状バネ部の先端に、該バネ部と直角な薄肉バネ部を介
   して取付リング部に支持されている特許請求の範囲第１
   項記載の微動ステージ装置。
3. （３）垂直微動機構は、板ばねの外周１２０度等角位置
   にアーマチァを配設し、取付フレームに、各アーマチァ
   の上下に所定アーマチァギャップを存して対向したＰｕ
   ｓｈ−Ｐｕｌｌ構造の対をなす磁気吸着機構を配設して
   なる特許請求の範囲第１項記載の微動ステージ装置。
4. （４）微動回転機構は、取付基板上に直線運動機構およ
   び該直線運動を回転運動に変える伝達機構を配設し、伝
   達ピンを回転ベースに連繋してなる特許請求の範囲第１
   項記載の微動ステージ装置。