WO2010041663A1 - ステージ駆動装置 - Google Patents

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WO2010041663A1
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stage
actuator
drive shaft
leaf spring
driven bar
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French (fr)
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匡 柴原
幹夫 徳山
恒一郎 竹内
茂 羽根田
理 山田
直樹 坂本
栄市 羽崎
亮斗 田ノ口
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/20Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • HELECTRICITY
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
    • H01J2237/202Movement
    • H01J2237/20221Translation
    • HELECTRICITY
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    • H01J2237/20Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
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    • HELECTRICITY
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    • H01J2237/26Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28Scanning microscopes
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    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826Assembling or joining

Definitions

  • the present invention relates to a stage drive device, and more particularly to a positioning device that drives a stage using a linear drive actuator and a method of gripping the actuator.
  • a positioning device (stage) on which the sample is placed requires high positioning accuracy.
  • the wafer is fixed to a stage, the stage is accurately positioned at an observation position of an electron microscope, and an image of the wafer is acquired.
  • the observation position by the microscope is shifted.
  • a positioning device capable of positioning the stage with high accuracy and its driving device are required.
  • a positioning device (hereinafter referred to as a ball nut method) in which a ball screw is rotated by a stepping motor and the stage is moved via a nut attached to the ball screw is widely used.
  • a drive transmission surface is provided on the side surface of a stage, a piezoelectric element is pressed against the surface, and the driving force due to shear deformation of the piezoelectric element is transmitted to the stage using the frictional force of both. Since the shear deformation force of the piezoelectric element is strong, the thrust F of the stage is expressed by the product of the pressing force N against the drive transmission surface of the piezoelectric element and the friction coefficient ⁇ of both.
  • An object of the present invention is to provide a stage driving device capable of highly accurate positioning in view of the above-described problems.
  • a stage is driven using a piezoelectric element, and a drive transmission surface by the piezoelectric element is provided separately from the stage.
  • the stage is driven using an actuator composed of a piezoelectric element.
  • the perspective view of 1st Example The stage upper part removal figure of 1st Example. The figure which looked at FIG. 2 from the upper part.
  • the assembly figure of a 1st example Explanatory drawing of assembly and assembly error of 1st Example.
  • Explanatory drawing of assembly and assembly error of 1st Example Effect explanatory drawing of 1st Example.
  • Effect explanatory drawing of 1st Example Effect explanatory drawing of 1st Example.
  • the perspective view of a linear drive actuator The perspective view of a linear drive actuator.
  • Explanatory drawing of a linear drive actuator Explanatory drawing of a linear drive actuator.
  • Explanatory drawing of a linear drive actuator Explanatory drawing of a linear drive actuator.
  • the figure which shows the freedom degree in a linear drive actuator with many degrees of freedom The figure which shows the freedom degree in a linear drive actuator with many degrees of freedom.
  • the perspective view of 1st Example The perspective view of 1st Example.
  • FIG. 3 is a perspective view of a stage according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of two surfaces and a cross section of FIG. 12.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of two surfaces and a cross section of FIG. 12.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of two surfaces and a cross section of FIG. 12.
  • Variation of actuator fixing member Variation of actuator fixing member.
  • the drive transmission surface was provided separately from the stage.
  • the actuator 10 composed of a piezoelectric element has a piezoelectric element incorporated in the actuator body 11 (not shown), and is driven linearly in contact with the piezoelectric element. And a cover 13 that presses the driven bar 12 against the piezoelectric element and defines (guides) the moving direction thereof.
  • the driven bar 12 itself is a drive transmission surface.
  • the actuator 10 is realized by, for example, a linear drive actuator having a driving force parallel to the driven bar 12.
  • the elastic member for example, the pressing spring 9
  • the actuator 10 composed of a piezoelectric element has a piezoelectric element incorporated in the actuator body 11 (not shown), and is driven linearly in contact with the piezoelectric element.
  • the driven bar itself is a drive transmission surface.
  • the pressing spring 9 may be increased.
  • the stroke of the stage can be increased as much as possible.
  • the movement direction of the driven bar 12 when the actuator body 11 is fixed is indicated by an arrow 14
  • the movement direction of the actuator body when both ends of the driven bar 12 are fixed is indicated by an arrow 15. .
  • the linear drive actuator using a piezoelectric element is not driven in a non-contact manner by a mover and a stator unlike an electromagnetic linear motor, but is driven by a contact between the mover and the stator.
  • the pressing spring 9 is a component of the linear drive actuator.
  • the driven bar 12 becomes a movable element.
  • the piezoelectric element 17 expands and contracts, and the driven bar 12 is pushed up to determine the traveling direction.
  • the bar moves in the direction of arrow 14 while vibrating in the direction of arrow 18 at right angles.
  • the actuator body 11 becomes a mover, and when the actuator is driven, the actuator body 11 that is a mover moves in the direction of an arrow 19 due to expansion and contraction of the piezoelectric element 17. It moves in the direction of arrow 15 while vibrating.
  • a linear drive actuator using a piezoelectric element has a drive characteristic that moves while vibrating. Therefore, how to use such a linear drive actuator as a stage drive means (motor), and its attachment means (method) become an issue.
  • the actuator Since the stage moves (guided) along the guide rail, the actuator needs to be mounted so that the direction of the driving force is parallel to the guide rail. That is, it is necessary to attach the driven bar 12 to which the actuator is attached in parallel to the guide rail.
  • the driven bar 12 is made of ceramic or the like for the purpose of ensuring its durability and positioning accuracy.
  • the linear drive actuator body 11 and the driven bar 12 cannot be completely constrained. This is because, when completely restrained, there is no longer room for the piezoelectric element 17 to expand and contract, and the actuator cannot be driven. Therefore, one of them requires a movable mechanism.
  • the mounting distance is fixed because it is determined by the length of the actuator fixing member. Therefore, the driven bar of the linear drive actuator is linear on the stage. It must be constrained by a mechanism that is mounted parallel to the guide rail and that is movable perpendicular to the linear guide rail. Further, as an effect of using such a mechanism, positioning can be performed with high speed and high accuracy even when the direction of the driving force and the parallelism of the guide rail are different.
  • the driven bar is attached via a spring mechanism so as to be (almost) parallel to the linear guide rail of the stage.
  • the actuator body is connected to the upper part of the stage (movable table) and supported so that the driven bar is parallel to the guide rail.
  • both ends of the driven bar are gripped by one end of a spring, and the other end is connected to a lower stage (stationary part, base) to which a guide rail is attached.
  • the above-described spring mechanism for example, a parallel leaf spring
  • the spring mechanism can be used to When the stage moves while being guided by the guide rail, the spring mechanism is deformed to absorb the deviation (error) from the parallel of both, preventing the guide rail or the drive bar from being broken, and positioning the stage with high accuracy. Can be performed with high reliability.
  • the driven bar is rigidly connected in parallel to the guide rail, and the actuator body is attached via a spring mechanism in a linear drive actuator as shown in FIG.
  • the lower part of the stage (stationary part, base) and the driven bar rigidly connect the guide rail, and the actuator body is supported on the upper part of the stage (movable table) by a spring mechanism (for example, a leaf spring).
  • a spring mechanism for example, a leaf spring.
  • the leaf spring as the spring mechanism is attached in parallel with the longitudinal direction of the actuator body, the actuator body is rigid in the traveling direction of the actuator body, and is soft and easily deformed in the direction perpendicular to the traveling direction. It has a structure.
  • the linear drive actuator is driven so that it does not impede the drive characteristics that move while vibrating in the direction perpendicular to the traveling direction, and the driven bar and the guide rail are parallel to each other due to manufacturing and assembly errors. Even when not assembled, the spring mechanism is deformed to absorb the deviation (error) from the parallelism, and the stage can be positioned with high accuracy and high reliability.
  • FIG. 1 to 4 show an embodiment of a positioning device provided with an actuator.
  • the positioning apparatus of FIG. 1 includes a pair of guide rails 2 on a lower stage 1 as shown in the figure, and linearly guides an upper stage 4 that is a movable body through the guides 3 by these guide rails 2. It is like that.
  • the movable direction of the upper stage 4 is indicated by a stage moving direction arrow 8.
  • An actuator 10 is held on the side surface of the stage upper portion 4 by an actuator fixing member 6 via an attachment portion 5.
  • the actuator 10 is realized by, for example, a linear drive actuator having a driving force parallel to the driven bar or the guide rail 2.
  • Both ends of the driven bar 12 of the actuator 10 are connected to one end of a parallel leaf spring 30 by screws by means of a joint fastening portion 20.
  • a parallel leaf spring was used as the spring.
  • the parallel leaf spring is attached in parallel with the longitudinal direction of the driven bar.
  • the driven bar has a structure that is rigid in the traveling direction and soft and easily deformed in a direction perpendicular to the traveling direction.
  • the parallel leaf spring 30 uses a thin metal plate, phosphor bronze in this embodiment. Phosphor bronze is suitable as a parallel leaf spring because of its high shear performance.
  • the linear drive actuator will not drive and will not hinder the drive characteristics that move while vibrating in the direction perpendicular to the direction of travel. Even if the driven bar of the linear drive actuator and the guide rail are not assembled in parallel due to manufacturing or assembly errors, etc., when the upper stage is guided by the guide rail and moved by using a leaf spring, the plate The spring is deformed to absorb the deviation (error) from the parallelism, and the stage can be positioned with high accuracy and high reliability.
  • the parallel leaf spring has a high rigidity in the longitudinal direction of the driven bar, so that the driving force in the traveling direction of the actuator body does not decrease.
  • the other end of the parallel leaf spring 30 is attached to the attachment portion 7 with a screw by a parallel leaf spring gripping portion 40.
  • the screw is not shown.
  • the attaching portion 7 is formed integrally with the stage lower portion 1. Since the actuator main body 11 of the actuator 10 is fixed to the upper stage 4 and both ends of the driven bar 12 are fixed to the mounting portion 7 formed integrally with the lower stage 1, the actuator main body 11 is fixed in this embodiment. Moving in the direction of the arrow 15, the upper stage 4 is driven in the direction of the arrow 8.
  • the structures of the tightening portion 20, the parallel leaf spring 30, the parallel leaf spring gripping portion 40, and the attachment portion 7 on both ends (left and right) of the driven bar 12 are the same.
  • FIG. 2 shows a diagram in which the stage upper part 4, the mounting part 5, and the actuator fixing member 6 are removed in order to facilitate understanding of the structure.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 2 viewed from above. From both figures, it can be seen that the driven bar 12 is gripped at both ends by parallel leaf springs 30 parallel to the longitudinal direction of the driven bar 12. Further, the center line 100 of the guide rail 2 and the center line 200 of the driven bar 12 are assembled in parallel.
  • the co-fastening portion 20 sandwiches the end portion of the driven bar 12 with two spacers (spacer 22 and spacer 23), and has one end of the parallel leaf spring 30 on both surfaces outside the spacer. Are gripped by the gripping part 21 and the gripping part 24 and fixed with screws. In addition, this joint fastening part 20 is hold
  • the parallel leaf spring mounting portion 7 is formed integrally with the lower portion 1 of the stage, it does not move. For this reason, the parallel leaf spring gripping part 40, the joint fastening part 20 and the driven bar 12 connected to the attachment part 7 do not move even when the actuator 10 is driven, and only the actuator main body 11 becomes the driven bar 12.
  • the stage upper part 4 is driven (moved) in the direction of the arrow 8 in FIG.
  • FIG. 4 shows a state before both ends of the driven bar 12 of the actuator 10 are gripped by the parallel leaf springs 30 and attached to the attachment portion 7.
  • the attachment portion 7 is formed integrally with the lower stage (base portion) 1, and the attachment low portion 7 a is in contact with the lower surface of the joint fastening portion 20 between the attachment portions 7 on both sides. It is provided so that it may become lower than the lower stage 1 so that it may not.
  • FIG. 5A conceptually shows the main components of the present embodiment, and shows an ideal production (including part processing) and assembly
  • FIG. 5B shows a parallel leaf spring mounting portion 7.
  • the manufacturing / assembling error the case where the thickness of the material varies (is different) due to the manufacturing tolerance (error) is shown.
  • the center line 100 of the guide rail 2 and the center line 200 of the driven bar 12 are parallel, and the main body 11 of the actuator 10 is connected to the driven bar.
  • the distance H between the center line 100 of the guide rail and the center line 200 of the driven bar 12 does not change even if it moves between both ends of 12 (movement range 300). For this reason, the distance between the stage upper part 4 guided by the guide rail 2 and the driven bar 12 does not change (is constant).
  • the center line of the driven bar 12 becomes 200a and is not parallel to the center line 100 of the guide rail. Specifically, when the actuator body 11 moves to the right side, the distance between the two increases, and when the actuator body 11 moves to the left side, the distance decreases. For this reason, the distance between the stage upper part 4 guided by the guide rail 2 and the driven bar 12 changes.
  • the parallel leaf spring 30 is By deforming in the direction perpendicular to the stage top (movable table) movement direction arrow 8 (actuator body 11 movement direction), no deformation force is applied (generated) to both ends of the driven bar 12.
  • the outer edge of the mounting jig 6 is indicated by a broken line 6a.
  • the parallel leaf spring 30 is composed of two thin plates parallel to the center line of the driven bar 12, the rigidity of pulling in the longitudinal direction of the driven bar 12 is high. For this reason, even if it is pulled by the driven bar 12, the parallel leaf spring 30 is not deformed in the longitudinal direction (the moving direction of the upper part of the stage) and does not hinder the movement of the actuator body 11 of the actuator 10.
  • FIG. 6B an example in which the parallel leaf spring 30 is not provided as in the embodiment of the present invention is shown in FIG. 6B.
  • the actuator main body 11 of the actuator 10 is attached to the upper stage 4 by the actuator fixing member 6 at a constant interval. For this reason, when the actuator main body 11 moves rightward toward the paper surface, the distance between the driven bar 12 and the guide rail center line 100 (stage upper portion 4) is increased. A deformation force 400a that is to be reduced (to the distance of the member 6) acts on the right end of the driven bar 12.
  • the position of the driven bar 12 when attached in parallel to the guide rail 2 is indicated by a broken line.
  • the actuator main body 11 moves to the left side of the page, the distance between the driven bar 12 and the guide rail center line 100 (stage upper portion 4) is narrow, so that the deformation force 400b that attempts to increase the distance is applied. Acts on the left end of the driven bar 12. These forces act on the actuator 10 as an external force that reduces the thrust for driving the stage upper portion 4. Further, when the parallelism between the both is remarkably impaired, the deformation force (400a, 400b) of both is increased, and the driven bar 12 made of a ceramic member is not elastically deformed. There is a possibility that breakage or breakage may occur at 50.
  • the stage upper part 4 When breakage or the like occurs, the stage upper part 4 does not drive, and the function as a positioning device (stage) is lost, and dust generated from the damaged part may contaminate the observation chamber in the electron microscope.
  • the observation chamber of the electron microscope is in a vacuum, if a gas or the like is generated from the fracture surface, the degree of vacuum decreases, which may adversely affect observation.
  • the strength of the driven bar 12 is strong, these external forces are transmitted to the guide rail 2 via the actuator body 11, the actuator fixing member 6, the stage upper portion 4, and the guide 3, and the guide rail 2 is deformed and damaged. This may cause a decrease in positioning accuracy.
  • the parallel leaf spring is deformed even if the driven bar 12 and the guide rail are not parallel due to manufacturing / assembly errors.
  • the distance between the two can be kept constant, so that assembly is facilitated.
  • the driven bar 12 or the guide rail is not damaged, and the upper part of the stage can be positioned with high accuracy while ensuring high reliability.
  • FIGS. 8A to 10C A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A to 10C.
  • 8A and 8B are linear drive actuators, but differ from those used in the first embodiment in that the degree of freedom of movement of the driven bar 12 is one more.
  • this linear actuator can move in the in-plane direction as indicated by an arrow 600 as shown in FIG. 8B.
  • the purpose of this embodiment is to provide a highly accurate and highly reliable positioning device that absorbs manufacturing and assembly tolerances and makes use of the fact that one degree of freedom is increased.
  • the same part number as that in the first embodiment is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 9 shows a perspective view of the second embodiment.
  • the linear drive actuator 16 shown in FIGS. 8A and 8B is in the plane of the driven bar 12 as indicated by an arrow 600, that is, with respect to the horizontal plane of the guide rail 2 provided in the lower stage 1 of the stage. It is attached so as to move in a right angle direction (that is, it is attached so as to move in a direction perpendicular to the horizontal plane of the stage upper part 4).
  • the driven bar 12 can absorb the deviation (error) from the parallelism. Thereby, the force applied to the guide rail and the driven bar 12 can be reduced.
  • FIG. 10A shows the positional relationship between the guide rail 2 provided on the stage lower part 1 and the driven bar 12 as an image view seen from the side of the stage. That is, the positional relationship between the guide rail 2 and the driven bar 12 in the out-of-plane direction of the lower stage 1 is shown.
  • FIG. 10A when there is no manufacturing error and assembly tolerance, the center line 700 of the guide rail 2 and the center line 800 of the driven bar 12 are parallel to the height direction.
  • the center line 700 of the guide rail 2 and the center line 800 of the driven bar 12 are usually different in the height direction due to manufacturing errors and assembly tolerances.
  • An upper stage (not shown) is connected to the actuator body 11, and the actuator body 11 moves along the driven bar 12.
  • the upper part of the stage moves while being guided by the guide rail 2.
  • the actuator 10 (FIGS. 7A to 7D) having a low degree of freedom is not covered. Since the drive bar 12 does not move except in the straight direction (because there is no degree of freedom in the direction of the arrow 600 as shown in FIGS. 8A and 8B), the actuator body 11 moves along the driven bar 12 (indicated by a dotted line).
  • the upper stage connected to the actuator body 11 is lifted from the lower stage (guide rail 2).
  • the height of the sample placed on the upper part of the stage varies depending on the position of the stage. Therefore, it is necessary to refocus the microscope. Further, since the upper part of the stage is lifted from the guide rail 2, the guide rail 2 is not correctly guided (guided), and the positioning accuracy may be lowered.
  • both ends of the driven bar 12 are attached with a leaf spring 60 and an adhesive. Further, the spring mechanism is changed from a parallel leaf spring to one leaf spring 60.
  • both ends of the driven bar 12 are joined to the parallel leaf springs with screws.
  • the mass of the screws increases.
  • the driven bar 12 made of ceramic cannot be screwed, it is necessary to have a structure for sandwiching it (FIG. 3), and the joint fastening portion 20 to which the screw is attached becomes large.
  • an adhesive instead of the screw, it is possible to eliminate the screw, and it is possible to eliminate the joint fastening portion.
  • the size and weight can be reduced, and the driven bar 12 can be driven at a higher speed and with higher accuracy.
  • productivity can be increased.
  • the number of parts can be similarly reduced, productivity can be improved, and cost can be reduced.
  • plate spring 30 can be acquired by changing the magnitude
  • FIG. 11 shows a perspective view of the third embodiment of the present invention.
  • the actuator body 11 is provided with a spring mechanism from the driven bar 12 so as not to hinder the drive characteristics of the motor.
  • the actuator main body 11 is held by rigidly connecting the driven bar 12 to the lower stage 1 and using a plate spring 70 on the upper stage 4.
  • the driving characteristics are not hindered, manufacturing and assembly tolerances are absorbed, and high accuracy and high reliability that are easy to manufacture are obtained.
  • the same part numbers as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • the actuator 10 shown in FIGS. 7A to 7D is fixed so that the driven bar 12 is rigidly fixed to the lower portion 1 of the stage, and the actuator body 11 is moved at right angles to the direction of the arrow 8 by the spring mechanism. Is attached.
  • both ends of the driven bar 12 are attached so as to be rigidly connected to the stage lower part 1, and in order to attach the actuator 11 to the stage upper part 4 by a spring mechanism, one piece is provided. It is the point which has connected with the actuator fixing member using this leaf
  • both ends of the driven bar 12 are joined by four parallel leaf springs, but the number of parts is large, and the parallel leaf springs extend in the longitudinal direction of the driven bar 12, and the driven bar 12 is driven. It is necessary to make the stage lower part 1 larger than the length of the bar 12.
  • it is possible to reduce the number of parts by using a spring mechanism for the actuator body 11 instead of joining both ends of the driven bar 12 with four parallel leaf springs.
  • the size and weight can be reduced.
  • the number of parts can be reduced, so that it is possible to reduce production / assembly, man-hours and cost.
  • the size and thickness of the leaf spring 60 the same effect as that of the parallel leaf spring 30 can be obtained, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the drive characteristics of the linear drive actuator which explained the effects of the first embodiment, are not obstructed, and the driven bar 12 and the guide rail 2 are parallel to each other due to manufacturing and assembly tolerances as shown in FIG. 6B.
  • the spring mechanism that supports the actuator body 11 absorbs the vibration in the direction perpendicular to the traveling direction of the drive characteristics, and the deviation (error) between the two is parallel. Therefore, the force applied to the guide rail and the driven bar 12 can be reduced.
  • the third embodiment it is possible to provide a highly accurate and highly reliable positioning device even when the drive characteristics are not hindered and both are not parallel. .
  • the positioning drive device mounting method of the present invention does not hinder the drive characteristics of the linear drive actuator, and even when there is a difference in parallelism between the guide rail and the driven bar of the linear drive actuator due to manufacturing / assembly errors, By using a spring mechanism, it becomes possible to make both substantially parallel, and the stage can be positioned with high accuracy.
  • both ends of the driven bar are connected to the lower part of the stage (stationary system, guide rail mounting part) by parallel leaf springs. While the driven bar moves in a direction perpendicular to the traveling direction, the actuator body moves along the driven bar. As a result, the upper part of the stage connected to the actuator body (movable table) does not hinder the actuator drive characteristics. It was possible to move.
  • the upper part of the stage moves while being guided by the guide rail.
  • the driven bar and the guide rail are not parallel, the distance between the driven bar and the guide rail changes depending on the (moving) position of the upper part of the stage.
  • the stage upper part and the actuator body are rigidly connected.
  • both ends of the driven bar are connected to the lower part of the stage (stationary system, guide rail mounting part), and the actuator body Since it is supported by the leaf spring, the actuator body moves along the driven bar while moving in the direction perpendicular to the traveling direction. As a result, it is possible to move the upper stage (movable table) connected to the actuator body without obstructing the drive characteristics of the actuator.
  • the actuator body 11 can move with respect to a change in the distance between the two.
  • the position in the height direction of the stage is uniquely determined by the actuator fixing member connecting the actuator and the movable table in the assembly. Assembly errors are unlikely to occur in the height direction.
  • the configuration is made such that an assembly error hardly occurs in other directions.
  • FIG. 12 shows a configuration in which leaf springs are arranged at both ends of the drive shaft so as to absorb assembly errors in the horizontal direction of the stage and prevent the actuator from generating stress. Therefore, in the fourth to sixth embodiments, the assembly error is suppressed so that the assembly error does not exceed the assembly error absorbing ability of the leaf spring.
  • the actuator fixing member that connects the actuator main body and the movable table is formed in contact with the two surfaces of the stage in the horizontal direction and the height direction.
  • the structure of the connecting member that connects the drive shaft and the leaf spring and the base connecting member that connects the leaf spring and the base are configured so that the drive shaft can be positioned also in the stage height direction.
  • the assembly procedure is such that the actuator body is fixed to the actuator fixing member, the connecting members are fixed to both ends of the drive shaft, and finally the base connecting member is fixed.
  • FIG. 13 shows the structure of the actuator.
  • the actuator 10 includes a plurality of oscillating piezoelectric elements (not shown) included in the actuator body 11, and the tip of the piezoelectric element is disposed so as to contact the drive shaft 12.
  • the actuator body 11 and the drive shaft 12 need to be fixed independently of each other.
  • the actuator body 11 using a piezoelectric element is a stage horizontal direction A (longitudinal direction of the guide rail 2) 52 (same as the movable table moving direction arrow 8) as a reaction force applied to the drive shaft 12 by expansion and contraction and bending of the piezoelectric element.
  • a displacement is also generated in the stage horizontal direction B (perpendicular to the longitudinal direction of the guide rail 2) 53, and it is preferable for the generation of the driving force to inhibit the displacement in the stage horizontal direction B53. Absent. Therefore, the drive shaft 5 needs to have a structure that can be freely deformed to some extent in the stage horizontal direction B53 (first reason). The direction in which the displacement occurs depends on the direction in which the actuator 4 is arranged.
  • the actuator fixing member 6 that connects the actuator body 11 and the movable table 4 is not easily deformed and does not change its distance, when the longitudinal direction of the drive shaft 5 and the guide rail 2 are not parallel, the movable table 3 It is necessary to suppress the force generated in the piezoelectric element at the time of driving (second reason).
  • the drive shaft 5 needs to have a structure that can be freely deformed to some extent in the stage horizontal direction B53.
  • both ends of the drive shaft 12 are supported by (parallel) leaf springs 30.
  • the actuator fixing member 6 shown in FIGS. 14A to 14C is disposed above the actuator 10 so as to come into contact with the surface of the actuator main body 10 on the stage upper surface side, so that an assembly error in the stage height direction 51 occurs. hard.
  • the actuator fixing member 6 does not have a shape that suppresses an assembly error in the direction of the stage horizontal direction B53, and has a shape that easily causes a large assembly error in the direction of the stage horizontal direction B53.
  • the actuator fixing member that connects the actuator main body and the movable table is formed in contact with the two surfaces of the stage in the horizontal direction and the height direction.
  • FIG. 15 shows a perspective view of the fourth embodiment.
  • the actuator fixing member 72 that fixes the actuator body 11 is shaped so as to be in contact with the two surfaces of the stage horizontal direction and the height direction, so that the stage horizontal direction B53 of the actuator body 11 and the stage height.
  • the assembly error in the direction 51 can be suppressed, and the assembly work of the actuator body 11 to the stage can be performed with high accuracy.
  • the actuator main body 11 is to be attached with high accuracy, the actuator main body 11 is being measured while performing three-dimensional measurement to correct an assembly error using, for example, a high-precision three-dimensional coordinate measuring device. It is necessary to open and close the fastening.
  • the assembly work can be performed with high accuracy even without a three-dimensional coordinate measuring apparatus at the time of attachment, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
  • FIGS. 16A to 16C show examples of possible variations of the actuator fixing member 72.
  • FIG. 15 since the shape of the actuator main body 11 is a substantially rectangular parallelepiped, the actuator fixing member 72 suppresses assembly errors in the stage height direction 51 and the horizontal direction B53 by surface contact as shown in FIG. 16A.
  • the actuator fixing member 72 can be positioned by point contact or line contact.
  • the shape of the actuator body 11 is complicated (a shape other than a substantially rectangular parallelepiped), it can be assembled with high accuracy.
  • the actuator 10 has a clearance between the drive shaft 12 and the actuator body 11 so as not to interfere with the output except for the contact surface between the drive shaft 12 and the piezoelectric element.
  • the leaf spring 30 is unlikely to be deformed in the stage height direction 51 due to the arrangement, but the arrangement is such that the assembly clearance can be absorbed by the clearance of the actuator 4 by setting the actuator clearance direction to the stage height direction 51. I have to. That is, the purpose of the clearance is to fulfill the function of not obstructing the output of the actuator 10 and the function of absorbing assembly errors.
  • the drive shaft 12 and the leaf spring 30 are connected by a plurality of substantially plate-like members arranged in parallel to the stage height direction 51, and the drive shaft 12 and the leaf spring 30 therebetween. Therefore, there was no structure capable of positioning the drive shaft 12 in the stage height direction 51.
  • the connecting member 101 of the drive shaft 12 and the leaf spring 30 is composed of a plurality of parts and exists symmetrically at both ends of the drive shaft 5, but in FIGS. 6A and 6B, only one side is disassembled for convenience.
  • the structure of the connecting member 101 includes two drive shaft attachments 103 that are in contact with each other on the lower side of the stage of the drive shaft 12 and the side surface that is parallel to the stage height direction 51 and are opposed to each other with the drive shaft 12 therebetween, and further the drive shaft attachment. It is composed of two U-shaped members 104 arranged so as to include 103.
  • the leaf spring 30 is disposed so as to be sandwiched between the drive shaft attachment 103 and the recess of the U-shaped member 104, and is fixed by screwing between the U-shaped members 104 positioned at the outermost part by a connecting member. (The number of members used is for one side. The number of stages used is doubled.)
  • the plate spring and the base are also fixed by a base connecting member 102 made up of a plurality of parts.
  • the component parts include two U-shaped members 104, one spacer A105, and a base-U-shaped attachment 107. (The number of members used is one side. The total number of stages used is doubled.)
  • the screwing of the connecting member 101 and the base connecting member 102 is performed by fastening the mounting jig 108 to the base 1 and further recessing the mounting jig 108 with the spacer B 106 sandwiched between the U-shaped member 104 and the base 1. This is performed in a state where the connecting member 101 composed of the U-shaped member 104 and the like is mounted on the portion in the mounting direction 109.
  • the U-shaped member 104 and the drive shaft attachment 103 included in the U-shaped member 104 are accurately positioned in the stage height direction 51 and the stage horizontal direction B53, and as a result, the drive shaft 5 is guided by the guide rail 2.
  • it can be easily assembled with high parallelism. After the assembly is completed, the mounting jig 108 and the spacer B106 are removed.
  • the contact of the drive shaft attachment 103 with the drive shaft 5 can be freely selected and may be linear or punctual as in FIG. 16 of the fourth embodiment. Just decide.
  • 18A is an assembly procedure for fixing the actuator main body 11 to the actuator fixing member 72 after fixing the connecting member 101 and the base connecting member 102 to both ends of the drive shaft 12.
  • the leaf spring 30 changes from the leaf spring state A112 to the leaf spring state B113, so that mainly a tensile force and a bending force are generated.
  • the actuator body 11 is fixed to the actuator fixing member 72, the connecting member 101 is fixed to both ends of the drive shaft 5, and finally the base connecting member 102 is fixed. It is.
  • the leaf spring 6 has a structure in which the amount of protrusion can be freely changed like the protrusion amount adjustment 115 by the base connecting member 102, the leaf spring 6 does not generate a tensile force and mainly generates a bending force. (Leaf spring state C114).
  • the fifth embodiment is an assembling procedure B111, and the effect is exhibited by adopting a structure in which the leaf spring 30 can freely change the protruding amount by the base connecting member 102.
  • the structure of the base connecting member 102 is seen in FIG. 17, it can be seen that there is no structure (positioning structure) that prevents the leaf spring 30 from protruding, and the protruding amount can be freely adjusted.
  • the fixed member connecting the actuator and the movable table is shaped so as to come into contact with the actuator on the two surfaces of the stage in the horizontal direction and the height direction.
  • the guide rail and the drive shaft of the actuator are assembled with high parallelism (a horizontal assembly error can be suppressed), and reliability can be improved.
  • the stage driving apparatus described in the present invention can be applied to a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope.

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Abstract

 本発明のステージは、可動テーブル(4)を案内するリニアガイドレール(2)と、被駆動バー(12)と、前記被駆動バー(12)に接触し前記被駆動バー(12)に駆動力を伝達する線形駆動アクチュエータと、前記被駆動バー(12)の両端を把持する平行板バネ(30)とを有する。そして、前記線形駆動アクチュエータの駆動伝達面を可動テーブル(4)と別に設けることにより位置決め精度の低下を防ぎ、前記平行板バネ(30)が前記被駆動バー(12)の支持部に加わる変形力を低減することにより被駆動バーの破損を防いでいる。これにより、高精度で高い信頼性を持つステージを供給することが可能となった。

Description

ステージ駆動装置 参照による取り込み
 本出願は、2008年10月8日に出願された日本特許出願第2008-261199号、2009年3月6日に出願された日本特許出願第2009-052795号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
 本発明は、ステージ駆動装置に関し、特に、線形駆動アクチュエータを使用してステージを駆動させる位置決め装置及び前記アクチュエータの把持方法に関する。
 電子顕微鏡(SEM)では、試料の高精度な観察を行うために、試料を載せる位置決め装置(ステージ)には、高い位置決め精度が必要とされている。例えば、半導体ウェハの検査に用いられるSEMでは、ウェハはステージに固定され、ステージは、電子顕微鏡の観察位置に正確に位置決めされ、ウェハの画像が取得される。この際、前記ステージの位置決めに誤差が生じると、顕微鏡による観察位置にずれが生じる。このため、ステージを高精度に位置決めすることが可能な位置決め装置及びその駆動装置が要求される。
 従来のステージの位置決め機構としては、ステッピングモータによりボールネジを回転させ、ボールネジに取り付けられたナットを介してステージを移動する位置決め装置(以降、ボールナット方式と呼ぶ)が広く使われている。
 また別の方式として、従来のステッピングモータから、圧電素子(電歪素子)で構成される超音波モータを、ステージの側面に直接取り付けて、ステージを直接駆動する方法がある。特許文献1では、ステージの側面に駆動伝達面を設け、この駆動伝達面に圧電素子を押し付けて、電圧印加時の圧電素子のせん断変形を利用して、前記駆動伝達面をステージ移動方向に、直線的に移動させることにより、ステージを駆動する方式が開示されている。
特開2007-43779号公報
 ボールナット方式の場合、ボールネジとナットとの噛み合いの誤差、ボールネジの弾性変形、ステッピングモータの回転誤差、等により、ステージの移動方向を反転させた場合には、その直後に、移動指令に対してステージが動かない、或いは、動くけれども、その移動量が指令値の値より小さいという、所謂、バックラッシュが発生して、高精度位置決めを阻害する要因の一つとなっている。
 また、特許文献1の方法では、ボールネジとナットを介さないで駆動力を直接ステージに伝えるので、ボールネジとナットのがた(遊び)、ボールネジの変形が無く、また、ステッピングモータのような遊びも無いため、バックラッシュ低減の効果が期待できる。しかし、以下のような問題もある。
 特許文献1の方法は、駆動伝達面をステージの側面に設け、その面に圧電素子を押し付けて、両者の摩擦力を利用して、圧電素子のせん断変形による駆動力をステージに伝えている。圧電素子のせん断変形力は強いために、ステージの推力Fは、圧電素子の駆動伝達面への押し付け力Nと、両者の摩擦係数μの積で表わされる。
  F=μ・N     …(1)
 ステージの推力Fを向上させるために、押し付け力Nを大きくすると、ステージが押されて変形するという問題がある。また、ステージの移動をガイドするリニアガイドレールに直角(進行方向に直角)に力を与えるため、ガイドレールの変形などにより、位置決め誤差要因となる。また、ステージの駆動範囲(ストローク)を増加させるためには、駆動伝達面を大きく(長く)する必要があり、つまり、ステージ自体を大きくすることが必要となる。ステージを大きくすると、必然的に質量が増加するために、移動側の低下、消費電力の増加、位置決め時間の増加、等の問題が発生する。
 本発明の目的は、上記の課題に鑑み、高精度な位置決めが可能なステージ駆動装置を提供することを目的とする。
 本発明では、圧電素子を用いてステージを駆動させ、圧電素子による駆動伝達面は、ステージとは別に設ける。圧電素子で構成されるアクチュエータを用いてステージを駆動する。
 本発明により、バックラッシュを低減することができ、高精度な位置決めを実現できる。また、駆動伝達面をステージと別に設けることにより、ステージ等を変形させることを防止し、位置決め精度を向上することができる。さらに、ステージとは別に伝達駆動面が設けられているため、ステージ自体を大きくすることなくストロークを大きくすることができる。
 本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
第1実施例の斜視図。 第1実施例のステージ上部取り外し図。 図2を上部から見た図。 第1実施例の組立て図。 第1実施例の製作・組立誤差説明図。 第1実施例の製作・組立誤差説明図。 第1実施例の効果説明図。 第1実施例の効果説明図。 線形駆動アクチュエータの斜視図。 線形駆動アクチュエータの斜視図。 線形駆動アクチュエータの説明図。 線形駆動アクチュエータの説明図。 自由度の多い線形駆動アクチュエータにおける自由度を示す図。 自由度の多い線形駆動アクチュエータにおける自由度を示す図。 第1実施例の斜視図。 第2実施例の効果説明図。 第2実施例の効果説明図。 第2実施例の効果説明図。 第3実施例の斜視図。 実施例1のステージの斜視図。 アクチュエータ構造図。 図12の2面及び断面模式図。 図12の2面及び断面模式図。 図12の2面及び断面模式図。 第4実施例の斜視図。 アクチュエータ固定部材のバリエーション。 アクチュエータ固定部材のバリエーション。 アクチュエータ固定部材のバリエーション。 第5実施例の分解図。 板バネの組立による応力発生のメカニズム模式図。 板バネの組立による応力発生のメカニズム模式図。
 まず本発明について、簡単に説明をしてから、具体的な実施形態の説明を行う。
 上記課題を解決するためには、(1)バックラッシュの低減、(2)圧電素子のモータがステージ等を変形させて位置決め精度低下させないこと、(3)ステージ自体を大きくすることなく、ストロークを大きくすること、が求められる。
 本発明では、ステージの駆動について圧電素子を用いることにより、バックラッシュを低減し、高精度な位置決めを実現することができる。
 また、駆動伝達面は、ステージとは別に設けた。図7Aに示すように、圧電素子で構成されるアクチュエータ10は、そのアクチュエータ本体11の中に圧電素子が組込まれており(図示せず)、また、その圧電素子と接触して直線的に駆動される被駆動バー12と、その被駆動バー12を圧電素子に押し付けるとともに、その移動方向を規定する(ガイドする)カバー13から構成されている。ここでは、被駆動バー12自体が駆動伝達面となっている。アクチュエータ10は、例えば被駆動バー12に対して平行な駆動力を持った線形駆動アクチュエータによって実現される。
 このようなアクチュエータを用いれば、ステージの側面に圧電素子を押し付ける必要がなくなるので、ステージの変形を防止し、位置決め精度を向上することができる。具体的には、ステージの推力Fを上げたい場合には、弾性部材(例えば、押し付けバネ9)が、駆動バー12をアクチュエータ本体11の中の圧電素子(図示せず)に押し付ける力Nを増加させればよい。
 図7Bに示すように、圧電素子で構成されるアクチュエータ10は、そのアクチュエータ本体11の中に圧電素子が組込まれており(図示せず)、また、その圧電素子と接触して直線的に駆動される被駆動バー12と、その被駆動バー12を圧電素子に押し付けるための押し付けバネ9から構成されている。ここでは、被駆動バー自体が駆動伝達面となっている。
 このようなアクチュエータを用いれば、ステージの側面に圧電素子を押し付ける必要がなくなり、ステージ等を変形させて位置決め精度を低下させることを防止できる。ステージの推力Fを上げたい場合には、押し付けバネ9を増加させればよい。
 さらに、被駆動バー12の長さを長くすれば、原理的にステージのストロークは、いくらでも長くすることが可能となる。図7Bでは、アクチュエータ本体11を固定した時の被駆動バー12の移動方向を矢印14で、また、被駆動バー12の両端を固定した場合の、アクチュエータ本体の移動方向を矢印15で示している。
 圧電素子を用いた線形駆動アクチュエータは、電磁式リニアモータのように可動子と固定子が非接触で駆動しているのではなく、可動子と固定子が接触して駆動している。その接触力を与えるために、押し付けバネ9が線形駆動アクチュエータの構成部品となっている。
 図7Cに示すように、ここでアクチュエータ本体11を固定子とすると被駆動バー12が可動子となり、駆動した際には、圧電素子17が伸縮し、被駆動バー12が押し上げられ進行方向とは直角に矢印18の方向に振動しながらバーが矢印14の方向に移動する。
 逆に被駆動バー12を固定子とすると、図7Dに示すように、アクチュエータ本体11が可動子となり、アクチュエータを駆動すると圧電素子17の伸縮によって可動子であるアクチュエータ本体11が矢印19の方向に振動しながら、矢印15の方向に移動する。
 このように圧電素子を用いた線形駆動アクチュエータは、振動しながら移動する駆動特性を持っている。したがって、このような線形駆動アクチュエータをどのようにステージの駆動手段(モータ)として使うか、その取り付け手段(方法)が課題となる。
 次にアクチュエータの取り付けについて説明をする。
 ステージはガイドレールに沿って(案内されて)移動するため、アクチュエータは、その駆動力の方向がガイドレールと平行になるように取り付ける必要がある。つまり、アクチュエータを取り付ける被駆動バー12をガイドレールと平行に取り付ける必要がある。
 なお、被駆動バー12は、その耐久性と位置決め精度の確保を目的に、セラミックス等で剛に作られている。
 しかし、線形駆動アクチュエータの駆動特性上、線形駆動アクチュエータ本体11と被駆動バー12を完全拘束はできない。なぜならば、完全拘束すると、圧電素子17が伸縮するための伸びしろが無くなり、アクチュエータを駆動することができないためである。それ故どちらか一方は、可動できる機構が必要になる。たとえば、ステージ上部(可動テーブル)と線形駆動アクチュエータ本体11を剛結する場合、その取り付け距離は、アクチュエータ固定部材の長さで決まるため一定となり、そのため、線形駆動アクチュエータの被駆動バーはステージのリニアガイドレールに対して平行に取り付けられ、且つ、リニアガイドレールに対して直角に可動できる機構で拘束しなくてはならない。また、そのような機構を用いることの効果として、駆動力の方向とガイドレールの平行度に違いがある場合にも、高速、高精度に位置決めができる。
 具体的には、ステージが移動する際に、ステージはガイドレールに沿って動こうとするが、ステージに取り付けられたアクチュエータ本体11は被駆動バー12に沿って動こうとするために、両者の距離は変化しようとする。しかし、前述したように、両者の距離は一定に保持されているために、両者の距離を一定にしようとする(変形)力が、被駆動バーとステージに働く。この力は、ステージの移動方向と直角方向に発生し、ステージのスムーズな移動を妨げ、両者(被駆動バーとガイドレール)の平行度が著しく悪い場合には、両者を損傷させる可能性がある。そこで、ガイドレールに対して直角に可動する機構を用いることで、そのようなことが回避できる。
 一方、線形駆動アクチュエータの被駆動バーをガイドレールと厳密に平行になるように、ステージに取り付けることは、製作・組立公差の問題から難しい。
 このため、線形駆動アクチュエータの駆動特性を阻害せず、また製作・組立公差があっても、ステージ駆動時には、線形駆動アクチュエータの駆動力の方向がガイドレールに沿うように、線形駆動アクチュエータを取り付ける必要がある。
 本発明では、図7A-図7Dに示すような線形駆動アクチュエータにおいて、ステージのリニアガイドレールと(ほぼ)平行になるように、バネ機構を介して被駆動バーを取り付ける。具体的には、ステージ上部(可動テーブル)にアクチュエータ本体を連接し、被駆動バーがガイドレールと平行になるように支持する。また、前記被駆動バーの両端をバネの一端で把持し、その他端をガイドレールの取り付けられているステージ下部(静止部、ベース)に連接する。
 このような構成により、線形駆動アクチュエータの被駆動バーとガイドレールとが製作・組立誤差等により平行に組立てられなかった場合においても、前述したバネ機構(例えば平行板バネ)を用いることによって、上部ステージがガイドレールに案内されて移動する時には、前記バネ機構が変形して、両者の平行からのズレ(誤差)を吸収し、ガイドレールもしくは駆動バーの破断を防ぎ、ステージの位置決めを高精度・高信頼に行うことができる。
 また逆に、被駆動バーをガイドレールに対して平行に剛に連結し、図7に示すような線形駆動アクチュエータにおいて、アクチュエータ本体をバネ機構を介して取り付ける。具体的には、ステージ下部(静止部、ベース)と被駆動バーがガイドレールを剛に連結し、ステージ上部(可動テーブル)にアクチュエータ本体をバネ機構(例えば板バネ)で支持する。ここで、前記バネ機構としての板バネは、前記アクチュエータ本体の長手方向と平行に取り付けられているので、アクチュエータ本体の進行方向には剛で、進行方向と直角方向には柔で容易に変形する構造となっている。
 このため、先ほどと同様に、線形駆動アクチュエータが駆動するために進行方向と直角方向に振動しながら動く駆動特性を阻害せず、また被駆動バーとガイドレールとが製作・組立誤差等により平行に組立てられなかった場合においても、前記バネ機構が変形して、両者の平行からのズレ(誤差)を吸収し、ステージの位置決めを高精度・高信頼に行うことができる。
 以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1から図4は、アクチュエータを備えた位置決め装置の一実施形態を示している。
 図1の位置決め装置は、図示のようにステージ下部1上に、一対のガイドレール2を備え、これらのガイドレール2によってガイド3を介して、可動体であるステージ上部4を直線的に案内するようになっている。ステージ上部4の可動方向はステージ移動方向矢印8で示している。ステージ上部4の側面には、アクチュエータ10が、取り付け部5を介してアクチュエータ固定部材6により、そのアクチュエータ本体11が保持されている。アクチュエータ10は、例えば、被駆動バー若しくはガイドレール2に対して平行な駆動力を持った線形駆動アクチュエータによって実現される。
 アクチュエータ10の被駆動バー12の両端は、おのおの、共締め部20によりネジで平行板バネ30の一端に連結されている。
 ここでは、バネとして平行板バネを用いた。平行板バネは、前記被駆動バーの長手方向と平行に取り付けられている。このため、被駆動バーの進行方向には剛で、進行方向と直角方向には柔で容易に変形する構造となっている。ここで、平行板バネ30は、薄い金属板、本実施例ではリン青銅を利用している。リン青銅はせん断性能が高いので、平行板バネとして適している。
 このように平行板バネを用いると、線形駆動アクチュエータが駆動するために進行方向と直角方向に振動しながら動く駆動特性を阻害しない。また線形駆動アクチュエータの被駆動バーとガイドレールとが製作・組立誤差等により平行に組立てられなかった場合においても、板バネを用いることによって、上部ステージがガイドレールに案内されて移動する時には、板バネが変形して、両者の平行からのズレ(誤差)を吸収し、ステージの位置決めを高精度・高信頼に行うことができる。
 なお、平行板バネは被駆動バーの長手方向に対しては、その剛性が高いために、アクチュエータ本体の進行方向の駆動力を低下させることはない。
 該平行板バネ30の他端は、平行板バネ把持部40により、取り付け部7に、ネジで取り付けられている。なお、ネジは図示していない。ここで、取り付け部7はステージ下部1と一体的に形成されている。アクチュエータ10のアクチュエータ本体11がステージ上部4に固定され、また、被駆動バー12の両端がステージ下部1と一体形成されている取り付け部7に固定されているため、本実施例ではアクチュエータ本体11が矢印15の方向に移動して、ステージ上部4を矢印8の方向に駆動させる。ここで、被駆動バー12の両端側(左右)の、共締め部20、平行板バネ30、平行板バネ把持部40と取り付け部7の構造は同じものである。
 図2には、構造を理解しやすくするために、ステージ上部4、取り付け部5、アクチュエータ固定部材6を取り除いた図を示す。また、図3に図2を上部から見た平面図を示す。両図から、被駆動バー12は、その両端を被駆動バー12の長手方向に平行な、平行板バネ30で把持されていることが分かる。またガイドレール2の中心線100と被駆動バー12の中心線200は平行になるように組立てられている。
 図3で示されているように、共締め部20は、被駆動バー12の端部を2つのスペーサ(スペーサ22とスペーサ23)で挟み、そのスペーサの外側の両面に平行板バネ30の一端を、把持部21と把持部24で把持して、それらをネジで固定している。なお、この共締め部20は、被駆動バー12と平行板バネ30で保持されており、取り付け低部7aには接していない。そして、平行板バネ30の他端は、スペーサ42を挟んで、把持部41により取り付け部7にネジで固定されている。
 平行板バネの取り付け部7はステージ下部1と一体的に形成されているため、可動しない。このため、取り付け部7に連接されている平行板バネ把持部40、共締め部20と被駆動バー12は、アクチュエータ10が駆動しても移動せず、アクチュエータ本体11のみが被駆動バー12に沿って、矢印15の方向に移動する。これにより、ステージ上部4が、図1の矢印8の方向に駆動される(移動する)。
 次に、製作・組立誤差による位置決め精度・信頼性低下の説明と、本発明の被駆動バーをバネ機構により把持する効果の説明をする。
 図4に、アクチュエータ10の被駆動バー12の両端が平行板バネ30で把持され、それが、取り付け部7に取り付けられる前の状態を示す。前述したように、取り付け部7はステージ下部(ベース部)1と一体的に形成されており、また、両側の取り付け部7の間には取り付け低部7aが、共締め部20の下面と接触しないように、ステージ下部1よりも低くなるように設けられている。
 図5Aは、本実施例の主要な構成要素を概念的に示し、理想的な製作(含む部品加工)と組立てが行われた場合を、また、図5Bには、平行板バネの取り付け部7の厚さが製作公差(誤差)によりばらついた(異なった)場合を、製作・組立誤差の一例として示している。
 図5Aに示すように、理想的な製作と組立てが行われた場合には、ガイドレール2の中心線100と被駆動バー12の中心線200が平行となり、アクチュエータ10の本体11が被駆動バー12の両端の間(移動範囲300)を移動しても、ガイドレールの中心線100と被駆動バー12の中心線200の距離Hは変らない。このため、ガイドレール2に案内されるステージ上部4と被駆動バー12の距離は変らない(一定である)。
 一方、図5Bのように、取り付け部7の厚さが異なると、被駆動バー12の中心線が200aのようになり、ガイドレールの中心線100と平行でなくなる。具体的には、向かって右側にアクチュエータ本体11が移動すると、両者の距離は広がり、左側に移動すると狭くなる。このため、ガイドレール2に案内されるステージ上部4と被駆動バー12の距離は変化する。
 製作・組立てが理想的な場合には図5Aのような状態が期待されるが、実際は部品の製作公差・組立公差により、図5Bのように、ガイドレールの中心線と被駆動バー12の中心線が平行にならない場合が多い。特に、圧電素子を駆動源とするアクチュエータ10では、被駆動バー12の圧電素子に対する耐摺動性能を向上させるために、セラミックス材料が使われることが多い。セラミックスは焼結により製作されるので、製作精度の管理が難しく、また、追加工により製作誤差を補正し、寸法を所定の値に管理することが難しい。このため、取り付け部7、平行板バネ把持部40、共締め部20等の金属部品を高精度に製作しても、セラミックバーの加工精度により組立て精度が決まり、最終的に図5Aのような、ガイドレールの中心線100と被駆動バー12の中心線が平行となる組立ては難しく、図5Bのように、両者は非平行となることが考えられる。
 本実施例では、図6Aに示すように、たとえ、図5Bのように両者が平行でなくても、被駆動バー12が、平行板バネ30で把持されているために、平行板バネ30がステージ上部(可動テーブル)移動方向矢印8(アクチュエータ本体11移動方向)に対して直角方向に変形することにより、被駆動バー12の両端に変形力が掛かること(発生すること)はない。なお、図中には、取り付け治具6の外縁を破線6aで表示している。また、平行板バネ30は、被駆動バー12の中心線と平行な2枚の薄板で構成されているので、被駆動バー12の長手方向に引っ張る剛性は高い。このため、被駆動バー12により引っ張られても、平行板バネ30が長手方向(ステージ上部の移動方向)に変形して、アクチュエータ10のアクチュエータ本体11の移動を阻害するということはない。
 一方、本発明の実施例のような平行板バネ30を持たない場合の例を、図6Bに示す。前述したように、アクチュエータ10のアクチュエータ本体11はステージ上部4に、アクチュエータ固定部材6で、一定の間隔で取り付けられている。このため、アクチュエータ本体11が紙面に向かって右方向に移動した場合には、被駆動バー12とガイドレール中心線100(ステージ上部4)の距離が広くなっているので、その距離を(アクチュエータ固定部材6の距離に)縮めようとする変形力400aが被駆動バー12の右端に働く。なお、同図にはガイドレール2と平行に取り付けられた時の被駆動バー12の位置を破線で示している。
 一方、紙面左側にアクチュエータ本体11が移動する場合には、被駆動バー12とガイドレール中心線100(ステージ上部4)の距離が狭くなっているので、その距離を広げようとする変形力400bが被駆動バー12の左端に働く。これらの力は、アクチュエータ10に対して、ステージ上部4を駆動するための推力を低減させる外力として働く。また、両者の平行が著しく損なわれている場合には、両者の変形力(400a,400b)は大きくなり、また、セラミック部材で構成されている被駆動バー12は弾性変形をしないので、把持部50のところで破損・破断などが発生する可能性がある。破断などが発生するとステージ上部4が駆動せず、位置決め装置(ステージ)としての機能をなくするとともに、破損箇所から発生する塵埃により、電子顕微鏡内の観測室を汚してしまう可能性がある。一般に、電子顕微鏡の観察室は、真空になっているので、破断面からガス等が発生すると真空度が低下し、観測に悪影響を及ぼす可能性がある。被駆動バー12の強度が強い場合には、これらの外力は、アクチュエータ本体11、アクチュエータ固定部材6、ステージ上部4、ガイド3を介して、ガイドレール2に伝わり、ガイドレール2を変形、損傷させて位置決め精度の低下を発生させる要因となる可能性がある。
 以上のことから、本実施例のように被駆動バー12の両側をバネ機構で把持することにより、製作・組立誤差により被駆動バー12とガイドレールが平行でなくても、平行板バネが変形して、両者の距離を一定に保つことが可能となるので、組立てが容易になる。また、被駆動バー12、あるいは、ガイドレールが破損することがなくなり、高信頼性を確保しながら、高精度にステージ上部を位置決めすることが可能となる。
 本発明の第2の実施例を、図8Aから図10Cを用いて説明する。図8A、図8Bは線形駆動アクチュエータであるが、第1実施例で用いたものとは、被駆動バー12の移動の自由度が一つ多いことが異なる。具体的には、図8Aに示すように、カバー13の側壁13aと被駆動バー12の側面12aとの間(被駆動バー12とアクチュエータの接触面以外の部分)には空間Gがあり、このため、この線形アクチュエータは、図8Bに示す様に、面内方向に矢印600のように動くことが可能である。このように自由度が一つ多いことを利用して、製作・組立公差を吸収して、より製作しやすい高精度・高信頼性の位置決め装置を提供することを、本実施例では目的としている。なお、実施例2では、部品番号が第1実施例と同じものは、第一実施例と同じものを示している。
 図9に、第2実施例の斜視図を示す。本実施例では、図8A、図8Bに示した線形駆動アクチュエータ16が、被駆動バー12の面内で矢印600のように、つまり、ステージ下部1に設けられたガイドレール2の水平面に対して直角方向に動くように取り付けられている(つまり、ステージ上部4の水平面に対しても直角方向に動くように取り付けられている)。
 第2実施例では、第1実施例の効果を説明した図6Aの場合と同様に、被駆動バー12とガイドレールが製作・組立公差により平行に組立てられていない場合においても、被駆動バー12を支持するバネ機構(板バネ60)により、両者の平行からのズレ(誤差)を吸収することができる。これにより、ガイドレールと被駆動バー12に加わる力を低減することができる。
 次に、第2実施例の特有の効果を図10を用いて説明する。図10Aは、ステージ下部1の上に設けられたガイドレール2と被駆動バー12の位置関係を、ステージの側面から見たイメージ図として示したものである。つまり、ステージ下部1の面外方向の、ガイドレール2と被駆動バー12の位置関係を示している。図10Aのように、製作誤差・組立公差が無い場合には、ガイドレール2の中心線700と被駆動バー12の中心線800とは、高さ方向に平行になる。しかし、実際には、製作誤差・組立公差により、図10Bに示すように、ガイドレール2の中心線700と被駆動バー12の中心線800とが、高さ方向に異なるのが通常である。また、ステージ上部(図示せず)は、アクチュエータ本体11に連接され、アクチュエータ本体11は、被駆動バー12に沿って移動する。一方、ステージ上部は、ガイドレール2に案内されて移動する。このため、もし、図10Bのように両者が、高さ方向に平行でなければ、例えば、ステージ上部が紙面の右側に移動すると、自由度の少ないアクチュエータ10(図7A-図7D)では、被駆動バー12が直進方向以外に動かないので(図8A、図8Bで示したような矢印600方向の自由度が無いので)、アクチュエータ本体11は被駆動バー12に沿って移動する(点線で表示)する。その結果、アクチュエータ本体11に連接しているステージ上部は、ステージ下部(ガイドレール2)から持ち上げられることになる。ステージ上部が持ち上げられると、ステージの上部に載せた試料の高さが、ステージの位置により異なるので、そのために、顕微鏡の焦点を合わせなおすこと等が必要となる。また、ステージ上部がガイドレール2から浮き上がるために、ガイドレール2に正しくガイド(案内)されず、位置決め精度が低下する恐れがある。
 しかし、本実施例2のように、図8A、図8Bに示した線形駆動アクチュエータ16を、図9に示すように、取り付けることにより、図10Bのガイドレール2と被駆動バー12が平行で無い場合にも、被駆動バー12が図8Bに矢印600で示すように自由に動くことにより、図10Bに示す両者の高さ方向の誤差を吸収できる。具体的には、図10Cに示すように、アクチュエータ本体11がガイドレール2に対して平行で無い被駆動バー12に沿って移動した場合にも、アクチュエータ本体11の高さ(ガイドレールからの距離)・姿勢は変わらない(点線で表示)。このため、ガイドレール2に対して実質的に、図10Aに示すように、両者が平行に取り付けられた時と同じ効果をもたらす。このため、上述したような、ステージ上部の持ち上がり、位置決め精度の低下を防ぐことが可能となる。これにより、本実施例でも、第1実施例と同じように、組立てが容易で、高精度なステージ位置決め装置を提供することが可能となる。
 なお、第2実施例では、被駆動バー12の両端が板バネ60と接着剤で取り付けられている。また、バネ機構が平行板バネから1枚の板バネ60に変っている。
 第1実施例では、ネジにより被駆動バー12の両端を平行板バネに接合していたが、ネジにするとネジの質量だけ重くなる。また、セラミックで成形されている被駆動バー12にはネジをきることができないのでそれを挟み込むような構造にする必要があり(図3)、ネジを取り付ける共締め部20が大きくなってしまう。しかし、ネジの代わりに、接着材を用いることにより、ネジをなくすことが可能となり、また、共締め部を無くすことが可能となる。その結果として小型・軽量化が可能となり、被駆動バー12をより高速に、高精度に駆動することが可能となる。また、部品点数を減らすことができるので、生産性を上げることも可能となる。さらに、平行板バネから、一枚の板バネ60に変えることにより、同様に部品点数を減らし、生産性を向上させ、コストを下げることができる。なお、板バネ60の大きさ・厚さを変えることにより、平行板バネ30と同等の効果を得ることができるので、第1実施例と同様の効果を得ることができる。
 本発明の第3実施例の斜視図を、図11に示す。
 モータの駆動特性を阻害しないためのバネ機構を、被駆動バー12からアクチュエータ本体11に持たせたことが第1実施例とは異なる。具体的には、図11に示すように、被駆動バー12をステージ下部1に剛結して、ステージ上部4に板バネ70を用いて、アクチュエータ本体11が保持されている。このようにバネ機構を持たせた箇所を被駆動バー12からアクチュエータ本体11に変えることで、駆動特性を阻害せず、製作・組立公差を吸収して、より、製作しやすい高精度・高信頼性の位置決め装置を提供することを、本実施例では目的としている。なお、ここでも、部品番号が第1実施例と同じものは、第1実施例と同じものを示している。
 本実施例では、図7A-図7Dに示したアクチュエータ10を、被駆動バー12をステージ下部1に剛に固定し、アクチュエータ本体11がバネ機構によって、矢印8の方向に対して直角に動くように取り付けられている。
 第1実施例との違いは、被駆動バー12の両端がステージ下部1に剛結されるように取り付けられており、また、バネ機構によって、アクチュエータ11をステージ上部4に取り付けるために、1枚の板バネを用いたアクチュエータ固定部材で連結している点である。
 第1実施例では、被駆動バー12の両端を4枚の平行板バネで接合していたが、部品点数が多く、また平行板バネが被駆動バー12の長手方向に伸びており、被駆動バー12の長さより、ステージ下部1を大きくする必要がある。しかし、被駆動バー12の両端を4枚の平行板バネで接合する代わりに、アクチュエータ本体11にバネ機構を用いることにより、部品点数を減らすことが可能となる。また、被駆動バー12の長手方向に張り出していた取り付け位置を短くすることが可能となる。その結果として小型・軽量化が可能となる。さらに、4枚の平行板バネから、一枚の板バネ70に変えることにより、部品点数が少なくなることから、製作・組立、工数、コストを低減することも可能となる。また、板バネ60の大きさ・厚さを変えることにより、平行板バネ30と同等の効果を得ることができるので、第1実施例と同様の効果を得ることができる。
 具体的には、第1実施例の効果を説明した、線形駆動アクチュエータの駆動特性を阻害せず、また図6Bのように、被駆動バー12とガイドレール2が、製作・組立公差により、平行に組立てられていない場合においても、アクチュエータ本体11を支持するバネ機構により(板バネ60)により、駆動特性の進行方向とは直角方向の振動を吸収しつつ、両者の平行からのズレ(誤差)を吸収することができるので、ガイドレールと被駆動バー12に加わる力を低減することができる。これにより、第1実施例と同様に、第3実施例においても、駆動特性を阻害せず、両者が平行で無い場合にも、高精度・高信頼の位置決め装置を提供することが可能となる。
 本発明の位置決め駆動装置の取り付け方法では、線形駆動アクチュエータの駆動特性を阻害せず、また製作・組立誤差により、ガイドレールと線形駆動アクチュエータの被駆動バーの平行度に差異がある場合においても、バネ機構を用いることによって、両者を実質的に平行にすることが可能となり、ステージを高精度に位置決めできる。
 より詳細には、ステージ上部とアクチュエータ本体とは剛に連接されている場合は、被駆動バーの両端は、ステージ下部(静止系、ガイドレール取り付け部)に平行板バネで連接されているので、被駆動バーが進行方向に直角方向に動きながら、アクチュエータ本体が被駆動バーに沿って移動し、その結果、アクチュエータの駆動特性を阻害せず、アクチュエータ本体に連接されているステージ上部(可動テーブル)を移動させることを可能とした。
 一方、ステージ上部はガイドレールに案内されて動く。このため、仮に被駆動バーとガイドレールが平行でない場合、ステージ上部の(移動)位置により被駆動バーとガイドレールの距離が変化する、ステージ上部とアクチュエータ本体とは剛に連接されているために、ステージ上部が移動する時には両者の距離が一定となるように、被駆動バーとガイドレールに力(変形力)が加わる。この時に、本発明では被駆動バーの両端はバネ機構により把持されているので、上記の力により変形して、両者の距離を一定にすることができ、力の発生を防ぐことができた。
 また、被駆動バーをステージ下部(静止系、ガイドレール取り付け部)を剛に連接した場合は、被駆動バーの両端は、ステージ下部(静止系、ガイドレール取り付け部)に連接され、アクチュエータ本体が板バネで支持されているので、アクチュエータ本体が進行方向と直角方向に動きながら、被駆動バーに沿って移動する。その結果、アクチュエータの駆動特性を阻害せず、アクチュエータ本体に連接されているステージ上部(可動テーブル)を移動させることが可能となった。
 また、仮に被駆動バーとガイドレールが平行でない場合でも、ステージ上部の(移動)位置により被駆動バーとガイドレールの距離が変化しても、本発明によりアクチュエータ本体11をバネ機構により把持しているので、両者の距離の変化に対してアクチュエータ本体11が可動することができる。
 次に、第4実施例乃至第6実施例について説明する。
 先の実施例において説明した図12に示すアクチュエータ本体の固定構造では、その組立においてステージの高さ方向の位置はアクチュエータと可動テーブルを連結しているアクチュエータ固定部材により一意に決定されるので、ステージ高さ方向には組立誤差が生じ難い。実施例4乃至第6実施例では、さらにその他の方向についても組立誤差が生じ難いよう構成とすることを図っている。
 また、図12の実施例ではステージ水平方向の組立誤差を吸収し、アクチュエータに応力が発生することを防止できるようドライブシャフトの両端に板バネを配置した構成を示している。そこで、実施例4乃至第6実施例では、組立誤差が板バネの組立誤差吸収能力を超えないように、組立誤差の抑制を図っている。
 そこで、第4実施例では、アクチュエータ本体と可動テーブルを連結しているアクチュエータ固定部材をステージ水平方向及び高さ方向の2面で接触する形状とした。また、第5実施例では、ドライブシャフト及び板バネとを連結する連結部材及び板バネとベースを連結するベース連結部材の構成を、ドライブシャフトをステージ高さ方向についても位置決めできる形状とした。さらに、第6実施例では、アクチュエータ本体をアクチュエータ固定部材に固定してからドライブシャフトの両端に連結部材を固定し、最後にベース連結部材の固定を行う組立手順とした。
 以下、図面を参照しながら、実施例4の実施形態について説明する。
 図13にアクチュエータの構造を示す。アクチュエータ10はアクチュエータ本体11に内包する形で揺動型の複数の圧電素子(図示せず)を有しており、圧電素子の先端部はドライブシャフト12に接触するように配置されている。アクチュエータ本体11と、ドライブシャフト12は各々独立して固定を行う必要がある。
 ドライブシャフト12の両端は(平行)板バネ30で支持されている。その理由を図14A-図14Cに示す2面及び断面模式図を参照しながら再度説明する。
 圧電素子を用いたアクチュエータ本体11は圧電素子の伸縮及び屈曲によりドライブシャフト12に与えた力の反力としてステージ水平方向A(ガイドレール2の長手方向)52(可動テーブル移動方向矢印8と同じ)に駆動力を得るが、同時にステージ水平方向B(ガイドレール2の長手方向と垂直方向)53にも変位を生じており、このステージ水平方向B53の変位を阻害することは駆動力の発生にとって好ましくない。そのため、ドライブシャフト5はステージ水平方向B53に、ある程度自由に変形できる構造である必要がある(第1の理由)。なお、変位が生じる方向はアクチュエータ4配置方向による。
 また、アクチュエータ本体11と可動テーブル4を連結しているアクチュエータ固定部材6は容易に変形せずその距離を変えないため、ドライブシャフト5の長手方向とガイドレール2が非平行の場合、可動テーブル3の駆動時に圧電素子に発生する力を抑制する必要がある(第2の理由)。そのためには、ドライブシャフト5がステージ水平方向B53に、ある程度自由に変形できる構造である必要がある。
 以上の理由により、ドライブシャフト12の両端は(平行)板バネ30で支持されている。
 ところで図14A-図14Cに示すアクチュエータ固定部材6は、アクチュエータ10の上方に位置しアクチュエータ本体10のステージ上面側の面と接触する形に配置されるため、ステージ高さ方向51の組立誤差が生じ難い。しかし一方で、アクチュエータ固定部材6はステージ水平方向B53の方向の組立誤差を抑制するような形状を有しておらず、ステージ水平方向B53の方向へは大きな組立誤差が生じやすい形状である。
 前述の第2の理由で、ドライブシャフト両端を支持している板バネの変形で組立誤差を吸収する旨説明した。しかし、板バネの吸収能力にも限界があり、アクチュエータ固定部材6で生じる組立誤差は板バネの組立誤差吸収能力を超えないようにする必要がある。
 そこで、第4実施例では、アクチュエータ本体と可動テーブルを連結しているアクチュエータ固定部材をステージ水平方向及び高さ方向の2面で接触する形状とした。
 図15に第4実施例の斜視図を示す。本実施例では、アクチュエータ本体11を固定しているアクチュエータ固定部材72を、ステージ水平方向及び高さ方向の2面で接触する形状とすることにより、アクチュエータ本体11のステージ水平方向B53とステージ高さ方向51の組立誤差を抑制することが可能になり、アクチュエータ本体11のステージへの組立作業を高精度に行うことができる。
 図12に示すステージでは、アクチュエータ本体11を高精度に取り付けようとすれば、例えば高精度の3次元座標測定装置などを用いて組立誤差を修正すべく、3次元測定を行いながら、アクチュエータ本体11の締結の開け閉めを行うことが必要である。第4実施例では、取り付け時に3次元座標測定装置がなくても組立作業が高精度に行うことができ、製作コストを大幅に削減できる。
 図16A-図16Cにアクチュエータ固定部材72として考えられるバリエーション例を示す。図15ではアクチュエータ本体11の形状が概略直方体であったため、図16Aのようにアクチュエータ固定部材72は面接触によりステージ高さ方向51及び水平方向B53の組立誤差の抑制を行っているが、図16Bに示すアクチュエータ固定部材72のようにアクチュエータ本体11と接触する面は異なっても良い。また、図16Cのように、アクチュエータ固定部材72が点的な接触、線的な接触で位置決めを行うことも可能である。このようにすることでアクチュエータ本体11の形状が複雑に(概略直方体以外の形)になった場合でも高精度に組立をすることができる。
 次に実施例5について説明する。
 アクチュエータ10はドライブシャフト12と圧電素子の接触面以外は出力を妨げないようにドライブシャフト12とアクチュエータ本体11にはクリアランスがある。図14において板バネ30はその配置によりステージ高さ方向51に変形し難いが、アクチュエータのクリアランスの方向をステージ高さ方向51にすることで、アクチュエータ4のクリアランスにより、組立誤差の吸収を行える配置にしている。つまりクリアランスにはアクチュエータ10の出力を妨げない機能と組立誤差を吸収する機能を果たす目的がある。
 しかし、図12に示す実施例では、ドライブシャフト12と板バネ30の連結方法は概略板状の部材がステージ高さ方向51に平行に複数個並んでいて、その間にドライブシャフト12と板バネ30を挟み固定するというものであったため、ドライブシャフト12をステージ高さ方向51について位置決めできる構造がなかった。
 そこで、ドライブシャフト12をステージ高さ方向51についても位置決めできる第5実施例を、図17用いて説明する。
 ドライブシャフト12と板バネ30の連結部材101は複数の部品で構成されていてドライブシャフト5の両端に対称に存在するが、図6A、図6Bでは便宜上片側のみを分解して示している。連結部材101の構成は、ドライブシャフト12のステージ下面側およびステージ高さ方向51と水平な側面の2面で接し、ドライブシャフト12を挟んで対向する2つのドライブシャフトアタッチメント103と、さらにドライブシャフトアタッチメント103を内包する形となるように配置される2つのコの字部材104とからなる。板バネ30は前記ドライブシャフトアタッチメント103とコの字部材104の窪みの間に挟まれる形で配置され、連結部材で最外部に位置するコの字部材104間をネジ締結することで固定される(使用部材数は片側分。ステージ全体使用数は2倍)。
 また板バネとベースの固定も、複数の部品からなるベース連結部材102により行われていて、その構成部品はコの字部材104を2つと、スペーサA105が1つ、ベース-コの字アタッチメント107が1つから成る(使用部材数は片側分。ステージ全体使用数は2倍)。
 連結部材101及びベース連結部材102のネジ締結は、取付治具108をベース1に締結し、さらにコの字部材104とベース1との間にスペーサB106を挟んだ状態で取付治具108の窪み部分へ、搭載方向109の向きに、コの字部材104ほかからなる連結部材101をマウントした状態で行う。この方法により、コの字部材104とコの字部材104に内包されるドライブシャフトアタッチメント103は、ステージ高さ方向51とステージ水平方向B53に精確に位置決めされ、結果としてドライブシャフト5はガイドレール2に対し、高い平行度に容易に組立られる。なお組立終了後は取付治具108及びスペーサB106は取去る。
 ドライブシャフトアタッチメント103のドライブシャフト5への接触は自由に選べ、線的なものでも点的なものでも良い点は第4実施例の図16と同様であり、最適な形状はステージ要求仕様等から決めればよい。
 第6実施例として、本発明のステージの組立順序の実施例を説明する。
 まず、ドライブシャフト12両端に配置される板バネ30のベース1への取付位置が加工誤差等により、設計値よりもステージ寄りであった場合について、2通りの順序で組立を行った際のアクチュエータ10に作用する組立応力の違いについて図18を参照しながら説明する。
 図18Aに示す組立手順A110は、ドライブシャフト12の両端に連結部材101とベース連結部材102を固定してから、アクチュエータ本体11をアクチュエータ固定部材72に固定する組立手順である。この場合、アクチュエータ本体11を固定するには板バネ30は板バネ状態A112から板バネ状態B113に遷移することになるので、主に引っ張り力と曲げ力が発生することになる。
 一方で図18B中に示す、組立手順B111ではアクチュエータ本体11をアクチュエータ固定部材72に固定してからドライブシャフト5の両端に連結部材101を固定し、最後にベース連結部材102の固定を行う組立手順である。このとき、板バネ6がベース連結部材102で突出量調整115のように、自由に突出量を可変できる構造であれば板バネ6には引っ張り力は発生せず、主に曲げ力が発生することになる(板バネ状態C114)。ここで板バネ6は曲げ方向には容易に変形するが引張り方向には容易に変形しない特性を考えると、板バネ30に発生する力の反力が作用するアクチュエータ10(圧電素子)にとっては、組立手順B111が望ましいといえる。第5実施例は組立手順B111であり、板バネ30がベース連結部材102で自由に突出量を可変できる構造とすることで、効果を発揮する。図17でベース連結部材102の構造を見ると板バネ30の突出を妨げる構造物(位置決め構造物)はなく、突出量を自在に調整できる形状になっていることが分かる。
 なお組立手順B111を実施する場合、連結部材101とベース連結部材102の締結時に図17のスペーサB106を配置する必要はなくなる。なぜならば、アクチュエータ固定部材72により固定されたアクチュエータ本体11とそれに導かれる形で決定されるドライブシャフト12の位置に沿うように板バネ6を固定する必要があるからである。このように、図18Bの組立手順B111にすることで、アクチュエータ4への組立初期応力を抑制できる。
 第4実施例、第5実施例により、アクチュエータと可動テーブルを連結している固定部材をステージ水平方向及び高さ方向の2面でアクチュエータと接触する形状とすることにより、単純な組立で、ステージのガイドレールとアクチュエータのドライブシャフトは高い平行度で組み付けられ(水平方向の組立誤差を抑制することができ)、信頼性を高めることができる。また、組立誤差を修正すべく、高精度位置測定装置を用いて構成物の3次元測定を行いながら、アクチュエータ本体の締結の開け閉めを繰り返す必要があったが、この作業工数を削除することができる。
 さらに、第6実施例により、組立完了した時点から(アクチュエータを駆動させない状態における時点から)、アクチュエータに応力がかかった状態となることを回避することができる。
 上述した複数の実施例は組み合わせて用いることができる。
 上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
 本発明で説明したステージ駆動装置は、走査電子顕微鏡をはじめとする荷電粒子線装置に適用することができる。
 1 ステージ下部(ベース)
 2 ガイドレール
 3 ガイド
 4 ステージ上部(可動テーブル)
 5 取り付け部
 6 アクチュエータ固定部材(L字ブロック)
 6a アクチュエータ固定部材6の外縁を示す破線
 7 (平行板バネ)取り付け部
 7a 取り付け低部
 8 ステージ上部(可動テーブル)移動方向矢印
 9 押し付けバネ
 10 アクチュエータ
 11 アクチュエータ本体
 12 被駆動バー(ドライブシャフト)
 13 カバー
 14 被駆動バー移動方向矢印(アクチュエータ本体を固定時)
 15 アクチュエータ本体移動方向矢印(被駆動バーを固定時)
 16 被駆動バー移動方向の自由度の多い線形駆動アクチュエータ
 17 圧電素子の先端部
 18 被駆動バーの振動方向矢印(アクチュエータ本体を固定時)
 19 アクチュエータ本体の振動方向矢印(被駆動バーを固定時)
 20 (駆動バーと平行バネ)共締め部
 21 把持部1
 22,23,42 スペーサ
 24 把持部2
 30 (平行)板バネ
 40 (平行)板バネ把持部
 41,50 把持部
 51 ステージ高さ方向
 52 ステージ水平方向A(ガイドレール2の長手方向)
 53 ステージ水平方向B(ガイドレール2の長手方向と垂直方向)
 60,70 板バネ
 71 ステージ
 72 アクチュエータ固定部材
 100 ガイドレール中心線
 101 連結部材
 102 ベース連結部材
 103 ドライブシャフトアタッチメント
 104 コの字部材
 105 スペーサA
 106 スペーサB
 107 ベース-コの字アタッチメント
 108 取付治具
 109 取付治具への搭載方向
 110 組立手順A
 111 組立手順B
 112 板バネ状態A
 113 板バネ状態B
 114 板バネ状態C
 115 突出量調整
 200 被駆動バー中心線
 300 アクチュエータ本体の移動範囲
 400a,400b 変形力
 500 正常に取り付けられた被駆動バー12の外縁を示す破線
 600 被駆動バーの自由度(移動可能方向)を示す矢印
 700 ガイドレールの高さ方向の中心線
 800 被駆動バーの高さ方向の中心線
 

Claims (17)

  1.  試料を搭載する可動テーブルと、
     前記可動テーブルが搭載されるベースと、
     前記可動テーブルに連結したアクチュエータと、
     前記ベースに連結したドライブシャフトと、
    から構成されるステージであって、
     前記アクチュエータは、前記ドライブシャフトに接続し、当該ドライブシャフトに沿って駆動することを特徴とするステージ。
  2.  請求項1のステージにおいて、
     前記ベースと前記ドライブシャフトは、弾性部材を介して連結することを特徴とするステージ。
  3.  請求項2のステージにおいて、
     前記ベースと前記ドライブシャフトは、板バネを介して接続し、
     前記板バネは、前記アクチュエータの駆動方向に沿う平面を有することを特徴とするステージ。
  4.  請求項3のステージにおいて、
     前記被駆動部材の両端を2枚の板バネで挟むことを特徴とするステージ。
  5.  請求項1のステージにおいて、
     前記アクチュエータは、前記ドライブシャフトに対して平行な駆動力を持った線形駆動のアクチュエータであることを特徴とするステージ。
  6.  請求項1のステージにおいて、
     前記アクチュエータと前記ドライブシャフトの間であって、当該ドライブシャフトと当該アクチュエータの接触面以外の部分に隙間が設けられていることを特徴とするステージ。
  7.  請求項1のステージにおいて、
     前記可動テーブルは、前記ベースに設けられたガイドレールに沿って駆動することを特徴とするステージ。
  8.  請求項1のステージにおいて、
     前記可動テーブルと前記アクチュエータは、弾性部材を介して連接することを特徴とするステージ。
  9.  請求項8のステージにおいて、
     前記可動テーブルと、前記アクチュエータは、板バネを介して接続し、
     前記板バネは、前記アクチュエータの駆動方向に沿う平面を有することを特徴とするステージ。
  10.  請求項7のステージにおいて、
     前記可動テーブルと前記アクチュエータは、アクチュエータ固定部材を介して接続し、
     当該アクチュエータ固定部材は、前記ステージの高さ方向及びガイドレールの長手方向に平行な二平面を有し、
     前記アクチュエータは、当該アクチュエータ固定部材と前記二平面で接触することを特徴とするステージ。
  11.  請求項7のステージにおいて、
     前記ドライブシャフトは板バネを介して前記ベースに固定され、
     前記ドライブシャフトと前記板バネの連結部材は、前記ドライブシャフトと2面で接しかつ前記ドライブシャフトを挟んで対向する2つのドライブシャフトアタッチメントと、
     2つの前記ドライブシャフトアタッチメントを内包する形となるように配置される2つのコの字型の部材とから構成され、
     前記板バネは前記ドライブシャフトアタッチメントと前記コの字型の部材の窪みの間に挟まれる形で配置されることを特徴とするステージ。
  12.  請求項11のステージにおいて、
     前記ドライブシャフトアタッチメントは、前記ステージの高さ方向及びガイドレールの長手方向に平行な二平面を有することを特徴とするステージ。
  13.  試料を搭載する可動テーブルと、
     前記可動テーブルが搭載されるベースと、
     前記可動テーブルに連結したアクチュエータと、
     前記ベースに連結したドライブシャフトとから構成され、
     前記アクチュエータは、弾性部材を介して前記ドライブシャフトに接続し、当該ドライブシャフトに沿って駆動するステージの組立方法であって、
     前記ドライブシャフトと前記弾性部材の連結は、前記アクチュエータと前記可動テーブルを固定した後に行うこと、を特徴とするステージの組立方法。
  14.  試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置であって、
     当該試料を搭載するステージは、試料を搭載する可動テーブルと、
     前記可動テーブルが搭載されるベースと、
     前記可動テーブルに連結したアクチュエータと、
     前記ベースに連結したドライブシャフトと、
    から構成され、前記アクチュエータは、前記ドライブシャフトに接続し、当該ドライブシャフトに沿って駆動することを特徴とする荷電粒子線装置。
  15.  請求項14の荷電粒子線装置において、
     前記ベースと前記ドライブシャフトは、弾性部材を介して連結することを特徴とする荷電粒子線装置。
  16.  請求項15の荷電粒子線装置において、
     前記ベースと前記ドライブシャフトは、板バネを介して接続し、
     前記板バネは、前記アクチュエータの駆動方向に沿う平面を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
  17.  請求項14の荷電粒子線装置において、
     前記アクチュエータは、前記ドライブシャフトに対して平行な駆動力を持った線形駆動のアクチュエータであることを特徴とする荷電粒子線装置。
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