(57)【要約】【課題】撓み梁の曲げ剛性によって生じるステージ移動時の回転運動を抑制する。【解決手段】ステージ２とレバー部４ａとの間には、一端がステージ２に保持され他端がレバー部４ａに保持され、ステージ２のＸ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本の撓み梁６ａ，６ｂが設けられている。ステージ２とレバー部４ｂの間には、一端がステージ２に保持され他端がレバー部４ｂに保持され、ステージ２のＹ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本の撓み梁６ｃ，６ｄが設けられている。撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはステージ２及びレバー部４ａ，４ｂに端部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを中心に回転可能に保持されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと、前記ステージに一端が保持されて他端がＸ方向に伸び、前記ステージのＸ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本のＸ方向側撓み梁と、前記ステージに一端が保持されて他端がＹ方向に伸び、前記ステージのＹ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本のＹ方向側撓み梁と、前記ステージのＸ方向側に配置されて前記Ｘ方向側撓み梁の他端を保持し、前記Ｘ方向側撓み梁にＸ方向への引張力を加えるためのＸ方向側駆動部と、前記ステージのＹ方向側に配置されて前記Ｙ方向側撓み梁の他端を保持し、前記Ｙ方向側撓み梁にＹ方向への引張力を加えるためのＹ方向側駆動部と、を備え、前記Ｘ方向側駆動部及びＹ方向側駆動部によって前記撓み梁を介して前記ステージにそれぞれＸ方向、Ｙ方向の引張力を加えることで前記ステージをＸ方向、Ｙ方向に移動させる移動ステージにおいて、
Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁の一方は、その少なくとも一端が前記ステージもしくは駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されているか、一端がステージのＸ方向もしくはＹ方向の中心軸上でステージに保持されているか、又はそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側でステージに一端が固定されて保持されかつ前記駆動部に他端が固定されて保持されており、
Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁の他方は、その少なくとも一端が前記ステージもしくは駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されているか、一端がステージのＸ方向もしくはＹ方向の中心軸上でステージに保持されているか、又はそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側でステージに一端が固定されて保持されかつ前記駆動部に他端が固定されて保持されていることを特徴とする移動ステージ。
【請求項２】
前記各撓み梁の少なくとも一端は前記ステージ又は駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されている請求項１に記載の移動ステージ。
【請求項３】
前記各撓み梁の一端が前記ステージの中心軸上でステージに保持されている請求項１に記載の移動ステージ。
【請求項４】
前記各撓み梁は、それぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側で一端がステージに固定されて保持されかつ他端が前記駆動部に固定されて保持されている請求項１に記載の移動ステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種顕微鏡や微細加工装置において、観察試料や加工対象物を載置するためのステージを平面内方向に移動させる移動ステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の移動ステージの一例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はステージがＸ方向へ移動したときの状態を示す平面図である。この図において、便宜上、ステージ２と撓み梁６とが重なっている部分においても撓み梁６を図示しているが、実際にはステージ２の上面によって隠れている。また、これらの図面における右方向をＸ方向とし、上方向をＹ方向とする。Ｘ方向とＹ方向は同一平面内において互いに直交している。
【０００３】
ベース１にステージ２の４隅が板バネ１２を介して保持されている。ステージ２のＸ方向側（図では右側）に、圧電アクチュエータを有するレバー部４ａが配置され、ベース１に固定されている。ステージ２のＹ方向側（図では上側）に、圧電アクチュエータを有するレバー部４ｂが配置されている。ステージ２とレバー部４ａは、Ｘ方向に伸びた２本の撓み梁６で連結されている。ステージ２とレバー部４ｂは、Ｙ方向に伸びた２本の撓み梁６で連結されている。撓み梁６の端部はステージ２、レバー部４ａ及び４ｂに固定されている。
【０００４】
図１０（Ｂ）に示されるように、レバー部４ａを駆動すると、ステージ２とレバー部４ａを連結している撓み梁６を介してＸ方向への引張力がステージ２に加わり、ステージ２がＸ方向に移動する。このとき、ステージ２とレバー部４ｂを連結している２本の撓み梁６は撓み、その曲げ剛性に応じた復元力がステージ２に作用することになる。ステージ２とレバー部４ｂを連結している２本の撓み梁６のステージ２側の固定端は、レバー部４ｂから見てステージ２のＸ方向の中心軸よりも手前側にあるため、ステージ２を矢印の方向（反時計回り）へ回転させようとする回転モーメントが生じる。これにより、ステージ２の平行移動が阻害され、ステージ２の移動精度が悪化する。これは、ステージ２をＹ方向へ移動させた場合も同様の問題が起こる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、ステージ移動時に、撓み梁の曲げ剛性によってステージが回転することを防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる移動ステージは、ステージと、前記ステージに一端が保持されて他端がＸ方向に伸び、前記ステージのＸ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本のＸ方向側撓み梁と、前記ステージに一端が保持されて他端がＹ方向に伸び、前記ステージのＹ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本のＹ方向側撓み梁と、前記ステージのＸ方向側に配置されて前記Ｘ方向側撓み梁の他端を保持し、前記Ｘ方向側撓み梁にＸ方向への引張力を加えるためのＸ方向側駆動部と、前記ステージのＹ方向側に配置されて前記Ｙ方向側撓み梁の他端を保持し、前記Ｙ方向側撓み梁にＹ方向への引張力を加えるためのＹ方向側駆動部と、を備え、前記Ｘ方向側駆動部及びＹ方向側駆動部によって前記撓み梁を介して前記ステージにそれぞれＸ方向、Ｙ方向の引張力を加えることで前記ステージをＸ方向、Ｙ方向に移動させる移動ステージであって、Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁の一方は、その少なくとも一端が前記ステージもしくは駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されているか、一端がステージのＸ方向もしくはＹ方向の中心軸上でステージに保持されているか、又はそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側でステージに一端が固定されて保持されかつ前記駆動部に他端が固定されて保持されており、Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁の他方は、その少なくとも一端が前記ステージもしくは駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されているか、一端がステージのＸ方向もしくはＹ方向の中心軸上でステージに保持されているか、又はそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側でステージに一端が固定されて保持されかつ前記駆動部に他端が固定されて保持されていることを特徴とするものである。
少なくとも一端がステージ又は駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されている場合には、各撓み梁の端部が全て回転できない状態でステージや駆動部に固定されている場合に比べて、ステージが移動したときの撓み梁の撓み量が小さくなり、ステージに作用する撓み梁の曲げ剛性による回転モーメントが小さくなる。撓み梁の一端がステージの中心軸上でステージに保持されている場合には、撓み梁の曲げ剛性によりステージの移動を妨げる方向に作用する並進力がステージの中心軸上に作用するので、撓み梁の曲げ剛性による回転モーメントがステージに作用しなくなる。また、撓み梁がそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側で一端がステージに固定されて保持され、かつ他端が駆動部に固定されて保持されていれば、撓み梁がステージに固定されていることによる回転モーメントと、撓み梁が駆動部に固定されていることによる回転モーメントが相反する向きに作用するので、これらの回転モーメントが相殺されてステージに作用する回転モーメントは小さくなる。
【０００７】
本発明にかかる移動ステージにおいては、各撓み梁の少なくとも一端はステージ又は駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されていてもよい。
各撓み梁の一端がステージの中心軸上でステージに保持されていてもよい。
各撓み梁は、それぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側で一端がステージに固定されて保持されかつ他端が駆動部に固定されて保持されていてもよい。
このように、Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁が同じ条件でステージや駆動部に保持されていることで、Ｘ方向及びＹ方向へのステージの移動を安定させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の移動ステージでは、Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁の一方は、その少なくとも一端がステージもしくは駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されているか、一端がステージのＸ方向もしくはＹ方向の中心軸上でステージに保持されているか、又はそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側でステージに一端が固定されて保持されかつ駆動部に他端が固定されて保持されており、Ｘ方向側撓み梁とＹ方向側撓み梁の他方は、その少なくとも一端がステージもしくは駆動部の保持部を中心として平面内で回転可能に保持されているか、一端がステージのＸ方向もしくはＹ方向の中心軸上でステージに保持されているか、又はそれぞれが駆動される駆動部から見てステージの中心軸よりも遠方側でステージに一端が固定されて保持されかつ駆動部に他端が固定されて保持されているので、ステージの移動時の回転運動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明にかかる移動ステージにおける好ましい実施形態を図１から図９までの図面を参照しながら説明する。なお、図１から図９（図２を除く）においては、図示されているステージ２や駆動部４ａ，４ｂを支持するベース、ベースとステージ２との間に介在する板バネ等の弾性部材の図示は省略している。また、これらの図面においては、便宜上、ステージ２と撓み梁６ａ〜６ｄとが重なっている部分においても撓み梁６ａ〜６ｄが描かれているが、実際にはステージ２の上面によって隠れている。また、これらの図面における右方向をＸ方向とし、上方向をＹ方向とする。Ｘ方向とＹ方向は同一平面内において互いに直交している。
【００１０】
[実施例１]
図１は本発明にかかる移動ステージの第１の実施例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はステージがＸ方向に移動したときの状態を示す平面図である。
ステージ２のＸ方向側（図では右側）に、Ｘ方向側駆動部として、圧電アクチュエータを有し、破線で示された状態に変形するレバー部４ａが配置されている。ステージ２のＹ方向側（図では上側）に、Ｙ方向側駆動部として、圧電アクチュエータを有し、破線で示された状態に変形するレバー部４ｂが配置されている。
【００１１】
ステージ２とレバー部４ａとの間には、一端がステージ２に保持され他端がレバー部４ａに保持され、ステージ２のＸ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本の撓み梁６ａ，６ｂが設けられている。ステージ２とレバー部４ｂの間には、一端がステージ２に保持され他端がレバー部４ｂに保持され、ステージ２のＹ方向の中心軸を挟んで対称となる位置に配置された２本の撓み梁６ｃ，６ｄが設けられている。
【００１２】
撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはステージ２及びレバー部４ａ，４ｂに端部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを中心に回転可能に保持されている。撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの接続部分の一例は、例えば図２に示されるようになボールジョイントである。撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの端部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが球状となっており、ステージ２及びレバー部４ａ，４ｂが撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを保持する部分が端部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの形状に対応した形状となっている。
なお、以下の説明では、撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがその端部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを中心に回転可能に保持されている場合において、単に「回転可能に保持されている」と表示する。
【００１３】
図１（Ｂ）に示されるように、レバー部４ａを駆動すると、レバー部４ａは撓み梁６ａ，６ｂを介してステージ２にＸ方向への引張力を加え、ステージ２をＸ方向へ移動させる。このとき、撓み梁６ｃ，６ｄはステージ２及びレバー部４ｂに対して回転可能に保持されているため、ステージ２が移動しても撓むことなく端部１０ｃ，１０ｄがＸ方向に移動するだけである。よって、撓み梁６ｃ，６ｄの曲げ剛性による回転モーメントがステージ２に作用しないので、ステージ２の回転運動が抑制される。
図示は省略しているが、レバー部４ｂを駆動してステージ２をＹ方向に移動させた場合も同様に、ステージ２の回転運動が抑制される。
【００１４】
また、図１ではステージ２及びレバー部４ａ，４ｂが撓み梁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを回転可能に保持しているが、例えば図３に示されているように、撓み梁６ｃ，６ｄをレバー部４ｂは回転可能に保持し、ステージ２は回転させることなく固定して保持していてもよい。また、逆に撓み梁６ｃ，６ｄをステージ２が回転可能に保持し、レバー部４ｂは回転させることなく固定して保持していてもよい。ステージ２がＸ方向に移動したときの撓み梁６ｃ，６ｄの撓み量は、撓み梁６ｃ，６ｄの両端８ｃ，８ｄ，１０ｃ，１０ｄが固定された状態で保持されている場合よりも小さくなるので、撓み梁６ｃ，６ｄの曲げ剛性によりステージ２に作用する回転モーメントは小さくなり、ステージ２のＸ方向への移動時の回転運動が抑制される。
なお、ここでは撓み梁６ｃ，６ｄについてのみ説明したが、撓み梁６ａ，６ｂについても同様に一方側で回転可能に、他方側で固定して保持するようにすることができる。
【００１５】
[実施例２]
図４は本発明にかかる第２の実施例を示す平面図である。
この実施例では、撓み梁６ａ，６ｂの一方の端部８ａ，８ｂはレバー部４ａに固定された状態で保持されており、撓み梁６ａ，６ｂの他方の端部１０ａ，１０ｂは、ステージ２のＹ方向の中心軸Ｃｙ上でステージ２に固定されて保持されている。また、撓み梁６ｃ，６ｄの一方の端部８ｃ，８ｄはレバー部４ｂに固定された状態で保持されており、撓み梁６ｃ，６ｄの他方の端部１０ｃ，１０ｄは、ステージ２のＸ方向の中心軸Ｃｘ上でステージ２に保持されている。なお、ここでの「中心軸Ｃｘ上」，「中心軸Ｃｙ上」とは中心軸近傍の位置も含む。
【００１６】
レバー部４ａを駆動してステージ２をＸ方向に移動させると、撓み梁６ｃ，６ｄの両端８ｃ，８ｄ，１０ｃ，１０ｄが固定された状態で保持されているために、撓み梁６ｃ，６ｄは撓み、その曲げ剛性に応じたＸ方向とは反対方向向きの復元力がステージ２に作用する。しかし、撓み梁６ｃ，６ｄの端部１０ｃ，１０ｄはステージ２のＸ軸方向の中心軸上において固定されているため、撓み梁６ｃ，６ｄの曲げ剛性に応じたＸ方向とは反対方向向きの復元力はステージ２の中心軸上に作用することになり、ステージ２に回転モーメントが生じないことになる。したがって、ステージ２のＸ方向への移動時の回転運動が抑制される。また、レバー部４ｂを駆動してステージ２をＹ方向へ移動させた場合も同様である。
【００１７】
また、図５に示されているように、撓み梁６ｃ，６ｄの一端８ｃ，８ｄ又は１０ｃ，１０ｄが回転可能に保持されていてもよい。図５では撓み梁６ｃ，６ｄの一端８ｃ，８ｄがレバー部４ｂによって回転可能に保持され、他端１０ｃ，１０ｄはステージ２によって固定された状態で保持されている。このような場合、ステージ２がＸ方向に移動したときに、撓み梁６ｃ，６ｄがさらに撓み難くなるので、よりステージ２の回転運動を抑制する効果がある。なお、これは撓み梁６ａ，６ｂについても同様に適用することができる。
【００１８】
また、図６に示されているように、撓み梁６ａ，６ｂの端部１０ａ，１０ｂは、レバー部４ａ側から見てステージ２のＹ方向の中心軸よりも手前側で保持されていてもよい。この場合には、ステージ２をＹ方向に移動させたときにステージ２に作用する回転モーメントを小さくするために、端部８ａ，８ｂ又は端部１０ａ，１０ｂが回転可能に保持されている必要がある。
【００１９】
[実施例３]
図７は本発明にかかる移動ステージの第３の実施例を示す平面図である。
この実施例では、撓み梁６ａ，６ｂの端部８ａ，８ｂはレバー部４ａに回転可能に、又は固定された状態で保持されている。撓み梁６ａ，６ｂの端部１０ａ，１０ｂは、ステージ２のＹ方向の中心軸Ｃｙ上でステージ２に回転可能に、又は固定された状態で保持されている。また、撓み梁６ｃ，６ｄの端部８ｃ，８ｄはレバー部４ｂに固定された状態で保持されている。撓み梁６ｃ，６ｄの端部１０ｃ，１０ｄは、レバー部４ｂ側から見てステージ２のＸ方向の中心軸Ｃｘよりも遠方側でステージ２に固定された状態で保持されている。
【００２０】
レバー部４ａを駆動してステージ２をＸ方向に移動させると、撓み梁６ｃ，６ｄの端部１０ｃ，１０ｄがＸ方向へ移動して撓み梁６ｃ，６ｄが撓み、その曲げ剛性に応じた復元力がステージ２に作用する。しかし、撓み梁６ｃ，６ｄの端部１０ｃ，１０ｄは、レバー部４ｂ側から見てステージ２のＸ方向の中心軸Ｃｘよりも遠方側でステージ２に固定されて保持されているため、撓み梁６ｃ，６ｄの曲げ剛性に応じた復元力による回転モーメントとは相反する方向の回転モーメントがステージに作用し、これらの回転モーメントが相殺されてステージ２の回転運動が抑制される。
【００２１】
ステージ２がΔＸだけ変位したときに撓み梁６ｃ，６ｄの曲げ剛性によって生じる回転モーメントＭは、
Ｍ＝Ａ・ΔＸ（Ａは定数）                                （１）
と表わすことができる。また、撓み梁６ｃ，６ｄの端部１０ｃ，１０ｄがステージ２のＸ方向の中心軸Ｃｘから距離Ｌの位置で保持されていることにより生じるモーメントＭ’は、
Ｍ’＝Ｌ・Ｋ・ΔＸ（Ｋは撓み梁６ｃ，６ｄの剛性）        （２）
と表わすことができる。これらのモーメントＭ，Ｍ’は互いに相反する向きに作用するので、Ｍ＝Ｍ’となるようにＦＥＭ（Finite-Element Method）解析などを用いてＫ，Ｌを決定することで、ステージ２に作用する回転モーメントを完全になくすことができる。
【００２２】
なお、図７においては、撓み梁６ａ，６ｂはステージ２のＹ方向の中心軸Ｃｙ上でステージ２に保持されているが、図８に示されているように、レバー部４ａから見てステージ２のＹ方向の中心軸Ｃｙよりも手前側で保持されていてもよい。この場合には、撓み梁６ａ，６ｂの端部８ａ，８ｂ、又は端部１０ａ，１０ｂが回転可能に保持されている必要がある。
また、図９に示されているように、撓み梁６ａ，６ｂも、レバー部４ａによって端部８ａ，８ｂが固定された状態で保持され、ステージ２によってレバー部４ａから見てステージ２のＹ方向の中心軸Ｃｙよりも遠方側で固定された状態で保持されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかる移動ステージの第１の実施例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はステージ２がＸ方向へ移動したときの状態を示す平面図である。
【図２】撓み梁を回転可能に保持する部分の一例を示す断面図である。
【図３】第１の実施例の変形例を示す移動ステージの平面図である。
【図４】本発明にかかる移動ステージの第２の実施例を示す平面図である。
【図５】第２の実施例の変形例を示す移動ステージの平面図である。
【図６】第２の実施例のさらなる変形例を示す移動ステージの平面図である。
【図７】本発明にかかる移動ステージの第３の実施例を示す平面図である。
【図８】第３の実施例の変形例を示す移動ステージの平面図である。
【図９】第３の実施例のさらなる変形例を示す移動ステージの平面図である。
【図１０】従来の移動ステージの一例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はステージ２がＸ方向へ移動したときの状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
２    移動ステージ
４ａ，４ｂ    レバー部
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ    撓み梁
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ    撓み梁の端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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