JPH0614789B2 - テーブル微動方法およびこの方法を用いた微動装置 - Google Patents

テーブル微動方法およびこの方法を用いた微動装置

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JPH0614789B2
JPH0614789B2 JP59130539A JP13053984A JPH0614789B2 JP H0614789 B2 JPH0614789 B2 JP H0614789B2 JP 59130539 A JP59130539 A JP 59130539A JP 13053984 A JP13053984 A JP 13053984A JP H0614789 B2 JPH0614789 B2 JP H0614789B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • 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 objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • HELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、物***置を高精度、かつ高速に移動させ得る
ようにしたテーブル微動方法およびこの方法を用いた微
動装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体ウェハーやマスク基板等の試料に微細パタ
ーンを形成するものとして、電子ビーム描画装置、縮小
投映型転写装置およびX線転写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
るために微小に駆動する微動装置が必要となる。また、
上記装置に限らず測定機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装置が必要である。
微動装置としては、種々のものが提案されているが、中
でも圧電素子の伸縮を利用し、しかも大きな回転ストロ
ークを得ることができるものとして、第5図に示すよう
な圧電素子の伸縮動作としゃくとり虫の歩行原理とを用
いた微動装置が特開昭58−139681号公報として
提案されている。
この装置は、図示しない基台上に回転自在に支持された
可動体を次のように構成したものである。すなわち、
円板状部材2には、その中心部を残して二分する形に外
周部から中心部に向かう2つの切欠部3,4が設けられ
ている。これによって、円板状部材2は、等価的に第1
の移動部材5と第2の移動部材6とをヒンジ7で一体的
に連結した構造となっている。切欠部3には、印加電圧
に応答して伸縮する圧電素子8が挿着されている。第1
および第2の移動部材5,6には、それぞれ各移動部材
5,6を前記基台に選択的に固定する静電チャックを構
成する電極9,10が固定されている。
このような微動装置において、第2の移動部材6を固
定、第1の移動部材5を開放にし、かつ圧電素子8に電
圧を印加すると、第5図(a)から同図(b)に示すよ
うに、圧電素子8が伸長することによってヒンジ7が歪
み、第1の移動部材5が図中矢印の向きに移動する。次
に、この状態で第1の移動部材5を固定、第2の移動部
材6を開放状態にし、圧電素子8の印加電圧を減少させ
ると、今度は、圧電素子8が収縮してヒンジ7の歪みが
解消されるので、第2の移動部材6が図中矢印の向きに
移動する。このように、移動部材5,6が、交互に微動
することによって、第1(または第2)の移動部材5
(または6)に固定された図示しない移動テーブルを、
微動回転させることができる。
ところが、このような微動装置にあっては、次のような
問題があった。
すなわち、可動体1を高速で回転動作させるためには、
圧電素子8に印加する電圧を大きくするか、または印加
の繰返し周期を短くすることが必要である。しかしなが
ら、圧電素子は容量性負荷であるため、電圧印加の周波
数を増加させると、圧電素子8を含む負荷回路のインピ
ーダンスは低下する。したがって、これに対応させて高
電圧増幅器の出力インピーダンスも下げなければならな
い。しかしながら、一般に、高電圧で高周波数の交流信
号を安定して増幅し、低インピーダンスで出力する回路
を得ることは、応答性等の点から極めて困難である。
また、上記の装置では、例えば第1の移動部材5に回転
テーブルを取付けた場合、第2の移動部材6が回転して
いる間は、回転テーブルは停止していることになる。こ
のため、回転テーブルの回転は必然的に間欠的となり、
ステップ移動で回転調整を行なう場合、回転テーブルの
休止状態の存在によって、調整がしずらいという問題が
あった。
〔発明の目的〕
本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、圧電素子への印加電圧、
繰返し周波数を何等変えることなしに移動速度を向上さ
せることができ、しかも連続動作による移動効率の向上
化が図れるテーブル微動方法およびこの方法を用いた微
動装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、たとえば前述したような微動機構の2つの移
動部材が交互に移動することに着目してなされたもので
ある。すなわち、本発明に係る微動方法では、一端が第
1の移動部材に他端が第2の移動部材にそれぞれ連結さ
れた圧電素子の伸縮動作と前記第1および第2の移動部
材を交互に固定・開放させる第1および第2の固定機構
の選択動作とに基づいたしゃくとり虫の歩行原理を利用
してテーブルを間欠的に移動させる微動機構を2段従属
接続して設け、前記各微動機構の各圧電素子の伸縮動作
と前記各固定機構の各選択動作とのタイミングを、前記
従属接続してなる上段テーブルが同方向に連続的に移動
するように組み合わせ制御し、前記上段テーブルを同方
向に連続移動させるようにしている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、下段に位置する微動機構によって上段
に位置する微動機構全体を駆動するようにしているの
で、上段に位置する微動機構のテーブルも下段に位置す
る微動機構によって移動する。この場合、下段の微動機
構による上段の微動機構全体の駆動は間欠的である。し
かし、下段の微動機構が静止しているとき、上段の微動
機構が駆動される。したがって、上段テーブルは静止す
ることがなく、連続的に移動することになる。
このように、本発明によれば、上段テーブルが静止する
時間がなくなるので、移動効率の向上化が図れ、同一距
離を移動するのに要する時間を従来の半分にすることが
できる。したがって、この場合には、圧電素子の印加電
圧や繰返し周波数を変えることなしに移動速度を従来の
2倍に向上させることができる。
また、上段テーブルを連続移動させることができるの
で、従来に較べて調整作業の容易化を図ることができ
る。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。
第1図乃至第4図は、本発明を回転微動装置に適用した
例を示すものである。
この微動装置は、第1図に示すように、基台11上に第1
の微動装置12と第2の微動機構13とを縦続的に接続して
構成されたものである。
第1の微動機構12と第2の微動機構13とは、全く同一の
構造となっている。つまり、微動機構12(13)は、円板
状のベース14(15)と、このベース14(15)の上面に回転支
持機構16(17)を介して回転自在に支持された円板状の
可動体1819)と、この可動体1819)に支柱20(21)
を介して固定された円板状の移動テーブル22(23)とで
構成されている。
回転支持機構12(13)は、たとえばベアリング、または
ピボットピン等からなるものであり、ベース14(15)と
可動体1819)との間の軸方向位置を規定する。
可動体1819)は、次のように構成されている。すなわ
ち、第1および第2図に示すように、可動板24(25)
は、円板状部材の中心部を残して二分する形に外周部か
ら中心部に向かう2つの切欠部27,28を設け、これによ
って、等価的に第1の移動部材31(32)と第2の移動部
材33(34)とをヒンジ35(36)で一体的に連結した構造
となっている。可動板24(25)の一方の切欠部27には、
印加電圧に応答して伸縮する圧電素子37(38)が、その
伸縮方向を可動板24(25)の径方向とは直交する向きに
挿着されている。そして、第1および第2の移動部材31
(32),33(34)には、ベース14(15)と共働してそれ
ぞれ各移動部材31(32)33(34)をベース14(15)に選
択的に固定する固定機構、たとえば静電チャックを構成
する電極39,40(41,42)が固定されている。これら電
極39,40(41,42)は、それぞれ絶縁層43によって被覆
されている。
移動テーブル22は、支柱20を介して第1の移動部材33に
固定され、また移動テーブル23は、支柱21を介して第2
の移動部材34に固定されている。第1の微動機構12の移
動テーブル22の上面には、第2の微動機構13が載置され
ている。そして、第1の微動機構12の移動テーブル22と
第2の微動機構13のベース15とは、両微動機構12,13の
回転中心軸が一致するように図示しない手段で固定され
ている。
このように構成された回転微動装置は、次のように動作
する。
すなわち、第1の微動機構12の圧電素子37には、第3図
中Aに示すような三角波状電圧が印加される。この三角
波Aは、図示しないパルス発生器からの基準パルスをカ
ウントして得た階段状波形となっている。また、第1の
微動機構12の電極39には、上記三角波Aの1/2の周期
の矩形波Bが印加される。さらに同微動機構12の電極40
には、上記矩形波Bに対して180゜位相のずれた矩形波
Cが印加される。
一方、第2の微動機構13の圧電素子38には、上記三角波
Aと同様に生成され三角波Aとは、180゜位相のずれた
三角波状電圧Dが印加される。また、第2の微動機構13
の電極41には、上記三角波Dの1/2の周期の矩形波E
が印加される。さらに同微動機構13の電極42には、上記
矩形波Eに対して180゜位相のずれた矩形波Fが印加さ
れる。
いま、第3図におけるtからtに至る過程では、第
1の微動機構12の第1の移動部材31が固定、第2の移動
部材33が開放で、かつ圧電素子37が徐々に伸長するた
め、第2の移動部材33は、第4図中矢印の向きに回転す
る。第2の移動部材33には第2の微動機構13が固定され
ているので、これによって第2の微動機構13も回転す
る。したがって、移動テーブル23も回転する。一方、こ
の期間は、第2の微動機構13の第1の移動部材32が開
放、第2の移動部材34が固定で、かつ圧電素子38は、徐
々に収縮するので、第1の移動部材32は、第4図(a)
に示すように、矢印の向きに回転する。しかし、移動テ
ーブル23は、第2の移動部材に固定されているので、こ
の場合には、第2の移動機構13による駆動はなされな
い。
次にtからtに至る期間では、第1の微動機構12の
第1の移動部材31が開放、第2の移動部材33が固定で、
かつ圧電素子37が徐々に収縮するので、第1の移動部材
が同図(b)に示すように、矢印の向きに回転する。一
方、第2の微動機構13の第1の移動部材32が固定、第2
の移動部材34が開放で、かつ圧電素子38が徐々に伸長す
るため、第2の移動部材34が図中矢印の向きに移動す
る。したがって、この場合には、第2の移動機構13によ
ってのみ、移動テーブル23が駆動される。
以下、第4図(c),(d)に示すように上記と同様の
動作を繰返すことによって、移動テーブル23は、連続的
に回転駆動されることになる。
このように本実施例によれば、移動テーブル23を連続動
作させることによって、圧電素子37,38への印加電圧、
繰返し周波数等を何等変えることなしに、移動テーブル
23を従来の2倍の速度で移動させることが可能となる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
ない。たとえば、各微動機構は、それぞれ2つの圧電素
子を備え、これらを交互に伸縮させて回転駆動させるも
のであっても良い。また、本発明は、特に回転運動する
微動装置に限られず、たとえばX−Y軸に直線運動する
微動機構にも適用可能である。要するに、本発明は、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明の一実施例に係る微動装置を
示す図で、第1図は縦断面図、第2図は同装置を第1図
のA−A線に沿って切断し矢印方向に見た図、第3図は
動作を説明するための波形図、第4図は動作を説明する
ための模式的作動図、第5図は従来の微動装置を説明す
るための図である。1819……可動体、5,31,32……第1の移動部
材、6,33,34……第2の移動部材、8,37,38……圧
電素子、9,10,39〜42……電極、11……基台、12……
第1の微動機構、13……第2の微動機構、14,15……ベ
ース、22,23……移動テーブル。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端が第1の移動部材に他端が第2の移動
    部材にそれぞれ連結された圧電素子に電圧を印加して伸
    縮させる伸縮動作と前記第1および第2の移動部材を交
    互に固定・開放させる第1および第2の固定機構の選択
    動作とに基づいたしゃくとり虫の歩行原理を利用してテ
    ーブルを間欠的に移動させる微動機構を2段従属接続し
    て設け、 前記各微動機構の各圧電素子の伸縮動作と前記各固定機
    構の前記各選択動作とのタイミングを、前記従属接続し
    てなる上段テーブルが同方向に連続的に移動するように
    組み合わせ制御し、前記上段テーブルを同方向に連続移
    動させるようにしたことを特徴とするテーブル微動方
    法。
  2. 【請求項2】第1のベースと、この第1のベース上に移
    動可能に配置された第1および第2の移動部材を備えて
    なる第1の可動体と、 一端が前記第1の移動部材に連結され、他端が前記第2
    の移動部材に連結された第1の圧電素子と、 前記第1の移動部材を前記第1のベースに選択的に固定
    する第1の固定機構と、 前記第2の移動部材を前記第1のベース上に選択的に固
    定する第2の固定機構と、 前記第1の移動部材に支持された第2のベースと、 この第2のベース上に移動可能に配置された第3および
    第4の移動部材を備えてなる第2の可動体と、 一端が前記第3の移動部材に連結され、他端が前記第4
    の移動部材に連結された第2の圧電素子と、 前記第3の移動部材を前記第2のベースに選択的に固定
    する第3の固定機構と、 前記第4の移動部材を前記第2のベースに選択的に固定
    する第4の固定機構と、 前記第3の移動部材に支持されたテーブルと、 を備え、 前記第1の移動部材と前記第3の移動部材における移動
    および停止の各動作が交互に連続して切り替わり、かつ
    前記第1乃至第4の移動部材が全て同方向に移動するよ
    うに、前記第1および第2の圧電素子の伸縮動作と前記
    第1乃至第4の固定機構の各々の駆動動作とのタイミン
    グを組み合わせ制御する手段を設けてなることを特徴と
    する微動装置。
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