(57)【要約】      （修正有）【課題】搭載負荷が５ｋｇを越える場合であっても高い停止安定性と高応答性を実現できる微動ステージ装置を提供する。【解決手段】微動ステージ装置は、ベースプレート１００上に構築されたチルトステージ、Ｘ−Ｙステージを含む。チルトステージは、チルトプレート２０１を有すると共に、第１のピエゾアクチュエータＺ２−２とウエッジステージ２１５との組み合わせによりベースプレートに平行な運動をベースプレートに垂直なＺ軸方向の運動に変換する変換機構をチルトプレートとベースプレートとの間に少なくとも３個備える。Ｘ−Ｙステージは、チルトプレートに組み合わされたＸ−Ｙプレートを有すると共に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の一方に互いに平行に延びてＸ−Ｙプレートを少なくとも２点で駆動する少なくとも２つの第２のピエゾアクチュエータと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の他方に延びてＸ−Ｙプレートを駆動する第３のピエゾアクチュエータとを有する。【選択図】図１
2004363554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース体上に構築されたチルトステージ、Ｘ−Ｙステージを含む微動ステージ装置であって、
前記チルトステージは、チルトプレートを有すると共に、第１のピエゾアクチュエータとウエッジステージとの組み合わせにより前記ベース体に平行な運動を前記ベース体に垂直なＺ軸方向の運動に変換する変換機構を前記チルトプレートと前記ベース体との間に少なくとも３個備え、
前記Ｘ−Ｙステージは、前記チルトプレートに組み合わされたＸ−Ｙプレートを有すると共に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の一方に互いに平行に延びて前記Ｘ−Ｙプレートを少なくとも２点で駆動する少なくとも２つの第２のピエゾアクチュエータと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の他方に延びて前記Ｘ−Ｙプレートを駆動する第３のピエゾアクチュエータとを有することを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微動ステージ装置において、
前記少なくとも３個の変換機構を同一円周上に等角度間隔をおいて配置することにより、前記チルトプレートはＺ軸方向、Ｘ軸回りのθｘ軸方向、Ｙ軸回りのθｙ軸方向に変位可能にされ、
前記Ｘ−Ｙプレートは前記チルトプレートと共に変位可能にされると共に、前記チルトプレートとは独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸回りのθｚ軸方向に変位可能にされていることを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の微動ステージ装置において、
前記チルトプレートと前記Ｘ−Ｙプレートとの間には、該Ｘ−ＹプレートのＸ−Ｙ平面内での運動をガイドする共に、前記ベース体に垂直な方向には高い剛性を呈するリンクヒンジが複数箇所に設けられていることを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の微動ステージ装置において、
前記チルトプレートと前記ベース体との間には、該チルトプレートのＸ−Ｙ平面内での運動を拘束するための板バネが複数箇所に設けられていることを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の微動ステージ装置において、
前記変換機構におけるＺ軸方向の運動部の上部と前記チルトプレートとの間にはチルトヒンジを介在させていることを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の微動ステージ装置において、
前記第１のピエゾアクチュエータは、互いに平行に延びる２本のピエゾアクチュエータ素子が２連ステージによりそれらのストロークが加算されるように組み合わされたものであることを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の微動ステージ装置において、
前記Ｘ−Ｙプレート上にはさらに、被搭載物を搭載するためのトップテーブルが組み付けられ、
前記ベース体と前記トップテーブルとの間には、Ｚ軸方向の減衰作用を持つ複数のＺ軸減衰器を配置したことを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の微動ステージ装置において、
前記ベース体と前記Ｘ−Ｙプレートとの間には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の減衰作用を持つ少なくとも３個の減衰器を同一のＸ−Ｙ平面内にあるように配置したことを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項９】
請求項７に記載の微動ステージ装置において、
前記チルトプレートは中央部に第１の開口を有し、該第１の開口にこれより小さな第２の開口を持つ前記Ｘ−Ｙプレートが組み合わされており、
前記第２の開口に対応する前記トップテーブルの下面には前記第２の開口に対応する大きさのダンパリングが設けられており、
該ダンパリング内には前記ベース体に設けられたスタンドを介して前記ダンパリングの内径より小さ目のダンパホルダが設けられ、
該ダンパホルダと前記ダンパリングとの間には、Ｘ軸方向の減衰作用を持つ少なくとも２個のＸ軸減衰器を同軸上で互いに反対向きに作用するように設置すると共に、Ｙ軸方向の減衰作用を持つ少なくとも２個のＹ軸減衰器を同軸上で互いに反対向きに作用するように設置したことを特徴とする微動ステージ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の微動ステージ装置において、
前記Ｘ軸減衰器、Ｙ軸減衰器、Ｚ軸減衰器は、それぞれ減衰用のダンパオイルとして真空用グリースの基油を内蔵し、復帰用のスプリング、ピストンロッドを含む非磁性材料によるダンパで構成され、
前記Ｘ軸減衰器、Ｙ軸減衰器はそれぞれ、そのピストンロッドの先端が前記ダンパリングに接するように配置され、
前記Ｚ軸減衰器は、そのピストンロッドの先端が前記トッププレートの下面に接するように配置されていることを特徴とする微動ステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータを駆動源として用いた微動ステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造の分野においては様々なタイプのステージ装置が使用されている。例えば電子ビーム露光装置に採用されるウエハ搭載用のステージ装置には、ウエハの搬送やチップ間移動時に動作する粗動ステージ装置と、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度の位置決めを行う微動ステージ装置とを組み合わせた構成が多く採用されている。この種のステージ装置は、搭載したウエハを水平面上において互いに直角なＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させるために使用される。この種のステージ装置はまた、高真空（１０-4Ｐａ）下で動作可能であり、さらに非磁性の特性を持つことが要求される。
【０００３】
微動ステージ装置には、弾性ヒンジと圧電素子を用いたアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）が多く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
微動ステージ装置は、高い停止安定性が要求されると共に、高スループットを実現するために１μｍ〜数μｍの移動量を数１０ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃで実現する応答性も要求される。
【０００５】
ところで、最近のこの種のステージ装置における微動ステージ装置に搭載される負荷質量は、ウエハ、ウエハチャック、レーザ干渉計用ミラー等により１５〜２５ｋｇ程度になってきている。しかしながら、これまでの微動ステージ装置の搭載負荷は５ｋｇ程度のものがほとんどである。搭載負荷５ｋｇの微動ステージ装置に１５〜２５ｋｇ程度の負荷を搭載すると、共振周波数が低下し、停止安定性、応答性共に大幅に低下することが問題となる。
【０００６】
一例を挙げると、搭載負荷が５ｋｇの微動ステージ装置に１５〜２５ｋｇ程度の負荷を搭載すると、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の固有周波数（共振周波数）は３０Ｈｚ程度となり、停止安定性は１５〜３０ｎｍ程度しか確保することができない。しかも、数μｍ程度のステップ応答では、整定するまでに数１００ｍｓｅｃ程度の時間を要している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２７１４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、搭載負荷が５ｋｇを越える場合であっても高い停止安定性と高応答性を実現できる微動ステージ装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の課題は、上記微動ステージ装置に３自由度以上の多自由度を持たせることができるようにすることにある。
【００１０】
本発明の更に他の課題は、振動減衰性能を向上させることのできる微動ステージ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、ベース体上に構築されたチルトステージ、Ｘ−Ｙステージを含む微動ステージ装置であって、前記チルトステージは、チルトプレートを有すると共に、第１のピエゾアクチュエータとウエッジステージとの組み合わせにより前記ベース体に平行な運動を前記ベース体に垂直なＺ軸方向の運動に変換する変換機構を前記チルトプレートと前記ベース体との間に少なくとも３個備え、前記Ｘ−Ｙステージは、前記チルトプレートに組み合わされたＸ−Ｙプレートを有すると共に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の一方に互いに平行に延びて前記Ｘ−Ｙプレートを少なくとも２点で駆動する少なくとも２つの第２のピエゾアクチュエータと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の他方に延びて前記Ｘ−Ｙプレートを駆動する第３のピエゾアクチュエータとを有することを特徴とする微動ステージ装置が提供される。
【００１２】
第１の態様による微動ステージ装置においては、前記少なくとも３個の変換機構を同一円周上に等角度間隔をおいて配置することにより、前記チルトプレートはＺ軸方向、Ｘ軸回りのθｘ軸方向、Ｙ軸回りのθｙ軸方向に変位可能にされ、前記Ｘ−Ｙプレートは前記チルトプレートと共に変位可能にされると共に、前記チルトプレートとは独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸回りのθｚ軸方向に変位可能にされている。
【００１３】
第１の態様による微動ステージ装置においてはまた、前記チルトプレートと前記Ｘ−Ｙプレートとの間には、該Ｘ−ＹプレートのＸ−Ｙ平面内での運動をガイドする共に、前記ベース体に垂直な方向には高い剛性を呈するリンクヒンジが複数箇所に設けられている。
【００１４】
第１の態様による微動ステージ装置においては更に、前記チルトプレートと前記ベース体との間には、該チルトプレートのＸ−Ｙ平面内での運動を拘束するための板バネが複数箇所に設けられている。
【００１５】
第１の態様による微動ステージ装置においては更に、前記変換機構におけるＺ軸方向の運動部の上部と前記チルトプレートとの間にはチルトヒンジを介在させている。
【００１６】
第１の態様による微動ステージ装置においては更に、前記第１のピエゾアクチュエータは、互いに平行に延びる２本のピエゾアクチュエータ素子が２連ステージによりそれらのストロークが加算されるように組み合わされたものでも良い。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、前記Ｘ−Ｙプレート上にさらに、被搭載物を搭載するためのトップテーブルが組み付けられ、前記ベース体と前記トップテーブルとの間には、Ｚ軸方向の減衰作用を持つ複数のＺ軸減衰器を配置したことを特徴とする微動ステージ装置が提供される。
【００１８】
第２の態様による微動ステージ装置においては、前記ベース体と前記Ｘ−Ｙプレートとの間に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の減衰作用を持つ少なくとも３個の減衰器を同一のＸ−Ｙ平面内にあるように配置される。
【００１９】
第２の態様による微動ステージ装置においてはまた、前記チルトプレートは中央部に第１の開口を有し、該第１の開口にこれより小さな第２の開口を持つ前記Ｘ−Ｙプレートが組み合わされており、前記第２の開口に対応する前記トップテーブルの下面には前記第２の開口に対応する大きさのダンパリングが設けられており、該ダンパリング内には前記ベース体に設けられたスタンドを介して前記ダンパリングの内径より小さ目のダンパホルダが設けられ、該ダンパホルダと前記ダンパリングとの間には、Ｘ軸方向の減衰作用を持つ少なくとも２個のＸ軸減衰器が同軸上で互いに反対向きに作用するように設置されると共に、Ｙ軸方向の減衰作用を持つ少なくとも２個のＹ軸減衰器が同軸上で互いに反対向きに作用するように設置される。
【００２０】
第２の態様による微動ステージ装置においては更に、前記Ｘ軸減衰器、Ｙ軸減衰器、Ｚ軸減衰器は、それぞれ減衰用のダンパオイルとして真空用グリースの基油を内蔵し、復帰用のスプリング、ピストンロッドを含む非磁性材料によるダンパで構成され、前記Ｘ軸減衰器、Ｙ軸減衰器はそれぞれ、そのピストンロッドの先端が前記ダンパリングに接するように配置され、前記Ｚ軸減衰器は、そのピストンロッドの先端が前記トッププレートの下面に接するように配置される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、可動部に５ｋｇを越える、例えば２５ｋｇの負荷を搭載した場合でも、高い停止安定性と高応答性を実現できる６自由度微動ステージを提供することができる。具体的には、第１の態様による微動ステージ装置は、搭載負荷を２５ｋｇと想定し、高剛性の案内系設計を実施したことにより、Ｘ−Ｙステージ部分においては、固有値で１５０Ｈｚ（従来の５倍）を確保することができる。これにより、停止安定性は５〜６ｎｍ（３σ値）に向上した。また、数μｍのステップ応答においては、整定時間２１〜３５ｍｓｅｃを実現した。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による微動ステージ装置の効果に加えて、以下の効果が得られる。つまり、従来の微動ステージ装置では、振動に対する減衰要素がほとんどないため、位置制御をしていない状態において外乱による振動が減衰するまでに８００〜１２００ｍｓｅｃ程度かかっていた。これに対し、第２の態様による微動ステージ装置では、減衰器を搭載したことにより、約１／１０の７０〜１１５ｍｓｅｃで振動が減衰した。このような効果により、チルトステージの停止安定性が従来の１／６以下の９ｎｍ（３σ）となり、数μｍステップ移動時の整定時間も１５〜３０ｍｓｅｃを実現した。また、Ｘ−Ｙステージ部分についても停止安定性は３．５〜４．５ｎｍ（３σ）に向上した。
【００２３】
微動ステージ装置は、Ｘ−Ｙ方向に大きなストロークを持ち、高加減速のステップアンドリピート運動を行う粗動ステージ装置に搭載されることが多い。粗動ステージ装置の高加減速運動は微動ステージ装置にとっては、外乱そのものである。このような外乱に対する減衰性能が向上したことにより、高スループット化をはかることが可能となる。また、真空排気系からの振動や、ゲートバルブ開閉時の振動などに対する安定性も大幅に向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１〜図８を参照して、本発明による微動ステージ装置の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態による微動ステージ装置は単独で使用されても良いが、通常は、粗動ステージ装置であるＸ−Ｙステージ装置に組み合わされる。Ｘ−Ｙステージ装置は、Ｘ軸方向に可動のＸテーブルとＹ軸方向に可動のＹテーブルとを備え、例えばＸテーブルがＹテーブル上で可動であるように構成されている。勿論、ＹテーブルがＸテーブル上で可動であるように構成されていても良い。本微動ステージ装置はＸ−Ｙステージ装置におけるＸテーブルあるいはＹテーブルに搭載される。
【００２５】
本微動ステージ装置は、ベースプレート１００の上に構築されたＺ−θｘ−θｙ軸ステージ（以下、チルトステージと呼ぶ）にＸ−Ｙ−θｚ軸ステージ（以下、Ｘ−Ｙステージと呼ぶが、粗動ステージ装置であるＸ−Ｙステージ装置とは異なる）が組み合わされて構成されている。
【００２６】
はじめに、チルトステージについて説明する。図１、図２に示すように、チルトステージはチルトプレート２０１を有する。図４に示すように、チルトプレート２０１は、ベースプレート１００の上に互いに平行に延びるように配置された２本３組、計６本のピエゾアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ素子）Ｚ１−１，Ｚ１−２，Ｚ２−１，Ｚ２−２，Ｚ３−１，Ｚ３−２と、後述するウエッジステージとによりベースプレート１００に対して垂直方向（Ｚ軸方向あるいは上下方向）に駆動される。以下では、ピエゾアクチュエータＺ１−１，Ｚ１−２の組み合わせをＺ１軸、ピエゾアクチュエータＺ２−１，Ｚ２−２の組み合わせをＺ２軸、ピエゾアクチュエータＺ３−１，Ｚ３−２の組み合わせをＺ３軸と呼ぶ。
【００２７】
図５及び模式図である図６、図７をも参照して、Ｚ３軸について構造及び動作の詳細を説明する。ベースプレート１００にピエゾ固定ブロック２２３が設置されている。ピエゾアクチュエータＺ３−２は、ピエゾ固定ブロック２２３に一端を固定され、２連ステージ２２４を介してピエゾアクチュエータＺ３−１と連結されている。これによりピエゾアクチュエータＺ３−２の駆動ストロークとピエゾアクチュエータＺ３−１の駆動ストロークとが加算されるようにし、加算された駆動ストロークでウエッジステージ２２５を駆動する。
【００２８】
ウエッジステージというのは、周知のように、水平方向の運動を垂直方向の運動に変換するためのものである。本例では、ウエッジステージ２２５は、４５度の直交変換機構を備え、２本のピエゾアクチュエータＺ３−１，Ｚ２−２による水平変位入力とウエッジステージ２２５の垂直変位出力とが１対１になるように構成されている。直交変換機構は、４５度の傾斜面を上面側に有する傾斜ブロック２２５−１と、４５度の傾斜面を下面側に有する傾斜ブロック２２５−２との組合わせ体を含む。傾斜ブロック２２５−１は、傾斜ブロック２２５−２をガイドするためのガイド部を有する。傾斜ブロック２２５−２は、その傾斜面がガイド部によってガイドされた状態で傾斜ブロック２２５−１の傾斜面に沿ってスライド可能である。これにより、傾斜ブロック２２５−１が水平方向に変位すると、傾斜ブロック２２５−２はそれに伴ってスライドして垂直方向に変位する。
【００２９】
このようなウエッジステージ２２５により、その垂直運動部に固定されたチルトヒンジ２２６がＺ軸方向に駆動される。そして、チルトヒンジ２２６の先に固定されたチルトプレート２０１をＺ軸方向に駆動する。なお、チルトプレート２０１は中央に開口２０１ａ（図７参照）を有する。開口２０１ａ内にＸ−Ｙプレート３０１（図２参照）が組み合わされる。Ｘ−Ｙプレート３０１にはトップテーブル２０２（図５参照）が固定される。Ｘ−Ｙプレート３０１、トップテーブル２０２については、後で詳述される。
【００３０】
Ｚ１軸、Ｚ２軸もＺ３軸と同様の構成を有する。つまり、Ｚ１軸はピエゾ固定ブロック２０３、２連ステージ２０４、ウエッジステージ２０５を有し、Ｚ２軸はピエゾ固定ブロック２１３、２連ステージ２１４、ウエッジステージ２１５を有する。特に、Ｚ１軸のウエッジステージ２０５、Ｚ２軸のウエッジステージ２１５、Ｚ３軸のウエッジステージ２２５は、それぞれ同一円周上（図４に一点鎖線で示す）に配置されている。特に、本例ではウエッジステージ２０５、２１５、２２５は、正三角形の頂点に対応する位置、つまり１２０度の角度間隔をおいて配置されている。これらの３軸の垂直運動部は同一方向に変位可能である。これによってチルトプレート２０１はＺ軸方向の並進運動をし、差動的な動作、つまり各軸の変位量に差を与えるとチルトプレート２０１はθｘ軸方向、θｙ軸方向の回転運動をする。ここで、θｘ軸方向の回転運動はＸ軸回りの回転運動を意味し、θｙ軸方向の回転運動はＹ軸回りの回転運動を意味することは言うまでも無い。また、後述されるθｚ軸方向の回転運動はＺ軸回りの回転運動を意味する。
【００３１】
Ｚ軸方向の位置は、ここでは静電容量センサにより計測される。静電容量センサは、チルトプレート２０１の上方にある、最終可動部であるトップテーブル２０２とベースプレート１００との間に配置されている。以下では、Ｚ１軸用の静電容量センサをＺ１センサ２０７、Ｚ２軸用の静電容量センサをＺ２センサ２１７、Ｚ３軸用の静電容量センサをＺ３センサ２２７と呼ぶ。各センサ２０７、２１７、２２７は、それぞれウエッジステージ２０５、２１５、２２５に隣接した位置に設置されている。静電容量センサの測定原理は周知であるが、簡単に言えば、Ｚ軸方向の微小変位を静電容量の変化として検出できるようにしたものである。
【００３２】
本形態では、これらＺ１センサ２０７、Ｚ２センサ２１７、Ｚ３センサ２２７により最終可動部であるトップテーブル２０２の高さを計測し、計測結果に基いてトップテーブル２０２の位置制御（フルクローズド制御）が行われる。
【００３３】
通常、チルトステージでは、ベースプレート１００からのチルトプレート２０１の高さ位置を計測し、計測結果に基いて位置制御（セミクローズド制御）が行われる。しかし、この方式ではＸ−Ｙステージが移動した際のＺ軸方向の位置誤差を計測することができない。これは、トップテーブル２０２のＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向の位置を制御することができないことを意味する。しかしながら、本形態によるＺ軸方向位置計測系の配置は、トップテーブル２０２のＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向の位置制御を可能にする。
【００３４】
チルトステージの案内系は、各ウエッジステージ２０５、２１５、２２５に取り付けられたチルトヒンジ２０６、２１６、２２６と、ベースプレート１００とチルトプレート２０１との間に取り付けられたＺ軸方向にのみ変位可能な板バネ２０８、２１８、２２８（図４、図７参照）により構成される。これらの板バネ２０８、２１８、２２８により、ウエッジステージのガイド部のみでは実現不可能な、チルトプレート２０１のＸ−Ｙ平面内の運動を拘束する高剛性案内系が構成される。なお、板バネ２０８、２１８、２２８は、それぞれベースプレート１００に設けられたバネ取付け部２０８−１、２１８−１、２２８−１を介して設置されている。
【００３５】
次に、図１〜図３及び模式図である図８をも参照して、Ｘ−Ｙステージについて説明する。トップテーブル２０２はＸ−Ｙプレート３０１に固定されている。Ｘ−Ｙプレート３０１は、チルトプレート２０１の中央部の開口２０１ａに組み込まれている。Ｘ−Ｙプレート３０１は、チルトプレート２０１と共にＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向に変位可能であるが、チルトプレート２０１とは独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ軸方向に変位可能にされている。つまり、Ｘ−Ｙプレート３０１は、Ｘ軸方向についてはＸ軸方向に互いに平行に延びる２つのＸ１ピエゾアクチュエータ３０２、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３で駆動される。Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３は一定間隔をおいて設けられ、それぞれ一端側がチルトプレート２０１に固定され、他端がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。一方、Ｘ−Ｙプレート３０１は、Ｙ軸方向についてはＹ軸方向に延びる１つのＹピエゾアクチュエータ３０４で駆動される。Ｙピエゾアクチュエータ３０４も一端側がチルトプレート２０１に固定され、他端がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。
【００３６】
Ｘ−Ｙステージの案内系は以下の通りである。Ｘ−Ｙ平面内の案内系においては、Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２の一端に固定されたＸ１ヒンジ３１２がチルトプレート２０１に固定され、Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２の他端に固定されたＸ１ヒンジ３１１がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。同様に、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３の一端に固定されたＸ２ヒンジ３１４がチルトプレート２０１に固定され、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３の他端に固定されたＸ２ヒンジ３１３がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。一方、Ｙピエゾアクチュエータ３０４の一端に固定されたＹヒンジ３１６がチルトプレート２０１に固定され、Ｙピエゾアクチュエータ３０４の他端に固定されたＹヒンジ３１５がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。
【００３７】
Ｚ軸方向の案内系はＸ−Ｙプレート３０１とチルトプレート２０１との間に設置された３つの主リンクヒンジ３２１、３２２、３２３と２つの副リンクヒンジ３２４、３２５により実現される。図５を参照して、これらのリンクヒンジの１つ、例えば主リンクヒンジ３２１について説明する。チルトプレート２０１に下方に垂直に延びるようにリンクヒンジブロック３２１−１が設けられている。このリンクヒンジブロック３２１−１にはそこから上方に延びてＸ−Ｙプレート３０１に連結されたヒンジ３２１−２が設けられている。ヒンジ３２１−２は、周知の球関節継ぎ手を有し、Ｘ−Ｙプレート３０１をＸ−Ｙ平面内では変位可能であるが、Ｚ軸方向には高い剛性を呈するように支持している。主リンクヒンジ３２２、３２３、副リンクヒンジ３２４、３２５もまったく同じ構造を持つ。なお、図８にはリンクヒンジブロック３２２−１とヒンジ３２２−２とから成る主リンクヒンジ３２２が示されている。
【００３８】
３つの主リンクヒンジ３２１、３２２、３２３は三角形、ここでは二等辺三角形の頂点に対応する位置に設置され、２つの副リンクヒンジ３２４、３２５は主リンクヒンジ３２１の両側に設置されている。主リンクヒンジ３２１〜３２３と副リンクヒンジ３２４、３２５は、Ｘ−Ｙプレート３０１のＸ−Ｙ平面内での変位を自在にする機能を有すると共に、Ｚ軸方向には大きな剛性を持つ。これにより、従来の微動ステージ装置に比較して大幅に剛性が向上する。
【００３９】
Ｘ−Ｙステージの動作について説明する。Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２とＸ２ピエゾアクチュエータ３０３が同じ方向に作動すると、Ｘ−Ｙプレート３０１はＸ軸方向の並進運動をする。Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２とＸ２ピエゾアクチュエータ３０３が差動的に動作、つまり変位量に差を持たせると、Ｘ−Ｙプレート３０１はθｚ軸方向の動作をする。一方、Ｙピエゾアクチュエータ３０４が作動すると、Ｘ−Ｙプレート３０１がＹ軸方向に並進運動する。
【００４０】
Ｘ−Ｙプレート３０１のＸ軸方向の位置はチルトプレート２０１とＸ−Ｙプレート３０１との間に配置された２つの静電容量センサ３２６、３２７（以下、Ｘ１センサ、Ｘ２センサと呼ぶ）で計測される。Ｘ−Ｙプレート３０１のＹ軸方向の位置はチルトプレート２０１とＸ−Ｙプレート３０１との間に配置された１つの静電容量センサ３２８（以下、Ｙセンサと呼ぶ）で計測される。これらＸ１センサ３２６、Ｘ２センサ３２７、Ｙセンサ３２８により計測されるＸ−Ｙ平面内の位置情報に基づいてトップテーブル２−２のセミクローズド位置制御が行われる。
【００４１】
上記のように、トップテーブル２０２がＸ−Ｙプレート３０１に固定され、チルトステージにおけるチルトプレート２０１はＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向に変位可能である。しかも、Ｘ−ＹステージにおけるＸ−Ｙプレート３０１はチルトプレート２０１と共に変位可能であると共に、チルトプレート２０１とは独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ軸方向に変位可能である。このことにより、トップテーブル２０２は６自由度（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向、θｚ軸方向）の運動が可能である。
【００４２】
なお、Ｘ−Ｙステージの位置計測（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ軸方向）は、トップテーブル２０２に取り付けた、Ｙ軸方向に延在するＸミラー３２５（図１）及びＸ軸方向に延在するＹミラー３２６（図３）とレーザ干渉計（図示せず）とにより行われる。この位置計測により得られた位置情報を基に、６自由度（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向、θｚ軸方向）のフルクローズド制御が行われる。更に、θｘ軸方向、θｙ軸方向に関してもレーザ干渉計で位置を計測することが可能であり、この計測値を基にＺ軸方向以外はすべてレーザ干渉計からの位置情報にて位置制御を行うことが可能である。但し、この場合、ミラーが大型化し、レーザ干渉計の光学部品等も増加することからコストアップ等の問題が生じることを考慮する必要がある。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施の形態による微動ステージ装置について説明する。第２の実施の形態による微動ステージ装置は、第１の実施の形態による微動ステージ装置について以下のような改良を加えている。
【００４４】
第１の実施の形態による微動ステージ装置は、チルトステージ部分について移動ストロークが大きいため、ピエゾアクチュエータの特性上高い剛性を確保することが困難である。これは、第１の実施の形態による微動ステージ装置では、ストロークを大きくするために２つのピエゾアクチュエータを２連ステージにより連結した構造としているからである。つまり、２連構造としたピエゾアクチュエータは、剛性モデルとしては２つのバネが直列に接続されたものになり、ストロークが大きくなるほど駆動方向の剛性が低下する。
【００４５】
また、第１の実施の形態による微動ステージ装置では、Ｘ−Ｙステージ部分の高剛性化をはかるために質量が増加している。このたため、チルトステージの負荷質量は増大し、結果として固有値がさがることとなって応答性能が低下し、数μｍのステップ応答時の整定時間に改善の余地がある。
【００４６】
さらに、第１の実施の形態による微動ステージ装置は、振動に対する減衰要素がほとんど無いために振動減衰性能に改善の余地がある。つまり、ステージの移動後整定するまでに時間を要し、外乱による振動が整定するまでに時間を要する。
【００４７】
そこで、第２の実施の形態による微動ステージ装置は、振動減衰性能を高めるために真空・非磁性に対応した減衰器を備えた点に特徴を有する。
【００４８】
図９〜図１９を参照して、第２の実施の形態による微動ステージ装置について説明する。本微動ステージ装置も、単独で使用されても良いが、通常は、粗動ステージ装置であるＸ−Ｙステージ装置に組み合わされる。つまり、本微動ステージ装置も、通常、Ｘ−Ｙステージ装置におけるＸテーブルあるいはＹテーブルに搭載される。
【００４９】
本形態による微動ステージ装置の基本構成は、第１の実施の形態による微動ステージ装置と同様であるが、Ｚ軸方向の高剛性化をはかるため、ステージストロークを３６０μｍから１８０μｍに変更した。その結果、第１の実施の形態による微動ステージ装置ではＺ軸駆動用ピエゾアクチュエータを２連ステージにより２本直列に連結したものを使用しているのに対し、第２の実施の形態ではＺ軸駆動用ピエゾアクチュエータが１本で済む。
【００５０】
本微動ステージ装置は、ベース体としてのベースプレート１００の上に構築されたＺ−θｘ−θｙ軸ステージ（以下、チルトステージと呼ぶ）にＸ−Ｙ−θｚ軸ステージ（以下、Ｘ−Ｙステージと呼ぶが、粗動ステージ装置であるＸ−Ｙステージ装置とは異なる）が組み合わされて構成されている。
【００５１】
はじめに、チルトステージについて説明する。図９〜図１１に示すように、チルトステージはチルトプレート２０１を有する。チルトプレート２０１は、ベースプレート１００の上に互いに平行に延びるように配置された３本のピエゾアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ素子）Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３と、後述するウエッジステージとにより、ベースプレート１００に対して垂直方向（Ｚ軸方向あるいは上下方向）に駆動される。以下では、ピエゾアクチュエータＺ１によりＺ軸方向に駆動される軸をＺ１軸、ピエゾアクチュエータＺ２によりＺ軸方向に駆動される軸をＺ２軸、ピエゾアクチュエータＺ３によりＺ軸方向に駆動される軸をＺ３軸と呼ぶ。
【００５２】
Ｚ３軸について構造及び動作の詳細を説明する。ベースプレート１００にピエゾ固定ブロック１３０が設置されている。ピエゾアクチュエータＺ３は、ピエゾ固定ブロック１３０に一端を固定され、ウエッジステージ１３５を駆動する。ウエッジステージというのは、スライドウエッジとも呼ばれ、前に述べたように、水平方向の運動を垂直方向の運動に変換する機構である。ウエッジステージ１３５は、本例では４５度の直交変換機構を備え、図１７に示すように、ピエゾアクチュエータＺ３による水平変位入力とウエッジステージ１３５の垂直変位出力とが１対１になるように構成されている。直交変換機構は、４５度の傾斜面を上面側に有する第１の傾斜ブロック１３５−１と、４５度の傾斜面を下面側に有する第２の傾斜ブロック１３５−２との組合わせ体を含む。第１の傾斜ブロック１３５−１は、第２の傾斜ブロック１３５−２をガイドするためのガイド部を有する。第２の傾斜ブロック１３５−２は、その傾斜面が第１の傾斜ブロック１３５−１のガイド部によってガイドされた状態で第１の傾斜ブロック１３５−１の傾斜面に沿ってスライド可能である。これにより、第１の傾斜ブロック１３５−１が水平方向に変位すると、第２の傾斜ブロック１３５−２はそれに伴ってスライドして垂直方向にのみ変位する。なお、ピエゾアクチュエータＺ３は、ベースプレート１００に設けられた支持部材１３１により支持されている。
【００５３】
このようなウエッジステージ１３５により、その垂直運動部に固定されたチルトヒンジ１３７がＺ軸方向に駆動される。そして、チルトヒンジ１３７の先に固定されたチルトプレート２０１をＺ１軸方向に駆動する。なお、チルトプレート２０１は中央に開口２０１ａ（図１１）を有する。開口部２０１ａ内にＸ−Ｙプレート３０１（図９）が組み合わされる。Ｘ−Ｙプレート３０１にはトップテーブル２０２（図１３）が固定される。Ｘ−Ｙプレート３０１、トップテーブル２０２については、後で説明される。
【００５４】
Ｚ１軸、Ｚ２軸もＺ３軸と同様の構成を有するが、Ｚ３軸とは一定間隔をおいて逆向きに延在するように配置されている。Ｚ１軸はピエゾ固定ブロック１１０、ウエッジステージ１１５、チルトヒンジ１１７を有し、Ｚ２軸はピエゾ固定ブロック１２０、ウエッジステージ１２５、チルトヒンジ１２７を有する。Ｚ１軸のウエッジステージ１１５、Ｚ２軸のウエッジステージ１２５、Ｚ３軸のウエッジステージ１３５は、それぞれ同一円周上に配置されている。特に、ウエッジステージ１１５、１２５、１３５は、ここでは正三角形の頂点に対応する位置、つまり１２０度の角度間隔をおいて配置されている。これらの３軸は同一方向（ここではＸ軸方向）に変位可能であり、垂直運動部も同一方向（ここではＺ軸方向）に変位可能である。これによってチルトプレート２０１はＺ軸方向の並進運動を行う。一方、差動的な動作、つまりＺ１、Ｚ２、Ｚ３各軸の変位量に差を与えるとチルトプレート２０１はθｘ軸方向、θｙ軸方向の回転運動をする。前に述べたように、θｘ軸方向の回転運動はＸ軸回りの回転運動を意味し、θｙ軸方向の回転運動はＹ軸回りの回転運動を意味する。後述されるθｚ軸方向の回転運動はＺ軸回りの回転運動を意味する。
【００５５】
Ｚ軸方向の位置は、ここでは静電容量センサにより計測される。静電容量センサは、チルトプレート２０１の上方にある、最終可動部であるトップテーブル２０２とベースプレート１００との間に配置されている。以下では、図９に示されるＺ１軸用の静電容量センサをＺ１センサ２０７、Ｚ２軸用の静電容量センサをＺ２センサ２１７、Ｚ３軸用の静電容量センサをＺ３センサ２２７と呼ぶ。各センサ２０７、２１７、２２７は、それぞれウエッジステージ１１５、１２５、１３５に隣接した位置に設置されている。静電容量センサの測定原理は前に述べた通りである。
【００５６】
本形態では、これらＺ１センサ２０７、Ｚ２センサ２１７、Ｚ３センサ２２７により最終可動部であるトップテーブル２０２の高さを計測し、計測結果に基いてトップテーブル２０２の位置制御（フルクローズド制御）が行われる。
【００５７】
通常、チルトステージでは、ベースプレート１００からのチルトプレート２０１の高さ位置を計測し、計測結果に基いて位置制御（セミクローズド制御）を行われる。しかし、この方式ではＸ−Ｙプレート３０１がＸ−Ｙ方向に移動した際のＺ軸方向の位置誤差を計測することができない。これは、トップテーブル２０２のＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向の位置を制御することができないことを意味する。しかしながら、本形態におけるＺ軸方向位置計測系の配置は、トップテーブル２０２のＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向の位置制御を可能にする。
【００５８】
チルトステージの案内系は、各ウエッジステージ１１５、１２５、１３５に取り付けられたチルトヒンジ１１７、１２７、１３７と、ベースプレート１００とチルトプレート２０１との間に取り付けられたＺ軸方向にのみ変位可能な板バネ２０８、２１８、２２８（図１１参照、但し、２０８は図１８参照）により構成される。これらの板バネ２０８、２１８、２２８により、ウエッジステージのガイド部のみでは実現不可能な、チルトプレート２０１のＸ−Ｙ平面内の運動を拘束する剛性案内系が構成される。なお、板バネ２０８、２１８、２２８は、それぞれベースプレート１００に設けられたバネ取付け部２０８−１（図１８参照）、２１８−１、２２８−１を介して設置されている。
【００５９】
本形態ではさらに、図９に示すように、ベースプレート１００に固定された支持台２１９−１、２２９−１、２３９−１、２４９−１上にＺ軸減衰器としてダンパ２１９、２２９、２３９、２４９を設置している。各ダンパはピストンロッドを有し、図１２に示すように、ピストンロッドの先端がトップテーブル２０２の下面に接するようにしている。ここでは、４個のダンパ２１９、２２９、２３９、２４９をトップテーブル２０２の外縁に近い位置に設置し、特に、ウエッジステージ１３５に近い位置に２個設置している。これはバランスを考慮したものであり、ダンパは少なくとも３個配置されれば良く、場合によっては５個以上でも良い。
【００６０】
上記のように、ダンパ２１９、２２９、２３９、２４９のピストンロッドの先端がトップテーブル２０２の底面に接するようにしている。このような配置により、トップテーブル２０２がθｘ軸、θｙ軸方向に回転した場合、必ず２個以上のダンパが押し込まれる状態となり、ダンパによる効果的な減衰作用が得られる。
【００６１】
トップテーブル２０２のＺ軸方向の運動に関しては、下方は全てのダンパ２１９、２２９、２３９、２４９が減衰性能を発揮する。なお、トップテーブル２０２が水平状態にて上方に運動した場合には効果的な減衰は期待できない。しかし、トップテーブル２０２が完全に水平状態にてＺ軸方向に運動することはなく、必ずθｘ軸、θｙ軸方向の動作を伴う。それ故、実際にはトップテーブル２０２がＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向のどの方向に運動しても効果的な減衰作用が得られる。
【００６２】
次に、図１３をも参照してＸ−Ｙステージについて説明する。トップテーブル２０２はＸ−Ｙプレート３０１の上面側に固定されている。Ｘ−Ｙプレート３０１は、図１３に示すように、チルトプレート２０１の中央部の開口２０１ａに組み込まれている。Ｘ−Ｙプレート３０１は、チルトプレート２０１と共にＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向に変位可能であるが、チルトプレート２０１とは独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ軸方向に変位可能にされている。つまり、Ｘ−Ｙプレート３０１は、Ｘ軸方向についてはＸ軸方向に互いに平行に延びる２つのＸ１ピエゾアクチュエータ３０２、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３で駆動される。図９に示すように、Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３は一定間隔をおいて設けられ、それぞれ一端側が取付け板３０２−１、３０３−１を介してチルトプレート２０１に固定され、他端がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。一方、Ｘ−Ｙプレート３０１は、Ｙ軸方向についてはＹ軸方向に延びる１つのＹピエゾアクチュエータ３０４で駆動される。Ｙピエゾアクチュエータ３０４も一端側が取付け板３０４−１を介してチルトプレート２０１に固定され、他端がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。
【００６３】
Ｘ−Ｙステージの案内系は以下の通りである。図１５に示すように、Ｘ−Ｙ平面内の案内系においては、Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２の一端に固定されたＸ１ヒンジ３１２が取付け板３０２−１に固定され、Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２の他端に固定されたＸ１ヒンジ３１１がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。同様に、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３の一端に固定されたＸ２ヒンジ３１４（図示せず）が取付け板３０３−１に固定され、Ｘ２ピエゾアクチュエータ３０３の他端に固定されたＸ２ヒンジ３１３（図示せず）がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。一方、Ｙピエゾアクチュエータ３０４の一端に固定されたＹヒンジ３１６（図示せず）が取付け板３０４−１に固定され、Ｙピエゾアクチュエータ３０４の他端に固定されたＹヒンジ３１５（図示せず）がＸ−Ｙプレート３０１に連結されている。
【００６４】
図１３に示されるように、Ｚ軸方向の案内系はＸ−Ｙプレート３０１とチルトプレート２０１との間に設置された３つの主リンクヒンジ３２１、３２２、３２３と２つの副リンクヒンジ３２４、３２５により実現される。図１７を参照して、これらのリンクヒンジの１つ、例えば主リンクヒンジ３２１について説明する。チルトプレート２０１に下方に垂直に延びるようにリンクヒンジブロック３２１−１が設けられている。このリンクヒンジブロック３２１−１にはそこから上方に延びてＸ−Ｙプレート３０１に連結されたヒンジ３２１−２が設けられている。ヒンジ３２１−２は、周知の球関節継ぎ手を有し、Ｘ−Ｙプレート３０１をＸ−Ｙ平面内では変位可能であるが、Ｚ軸方向には高い剛性を呈するように支持している。主リンクヒンジ３２２、３２３、副リンクヒンジ３２４、３２５もまったく同じ構造を持つ。なお、図１７は、説明に必要な構成要素のみを示している。また、図９にはリンクヒンジブロック３２２−１とヒンジ３２２−２とから成る主リンクヒンジ３２２が示されている。
【００６５】
図１３に示すように、３つの主リンクヒンジ３２１、３２２、３２３は三角形、ここでは二等辺三角形の頂点に対応する位置に設置され、２つの副リンクヒンジ３２４、３２５は主リンクヒンジ３２１の両側に設置されている。主リンクヒンジ３２１〜３２３と副リンクヒンジ３２４、３２５は、Ｘ−Ｙプレート３０１のＸ−Ｙ平面内での変位を自在にする機能を有すると共に、Ｚ軸方向には大きな剛性を持つ。これにより、従来の微動ステージ装置に比較して大幅に剛性が向上する。
【００６６】
Ｘ−Ｙステージの動作について説明する。Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２とＸ２ピエゾアクチュエータ３０３が同じ方向に作動すると、Ｘ−Ｙプレート３０１はＸ軸方向の並進運動をする。Ｘ１ピエゾアクチュエータ３０２とＸ２ピエゾアクチュエータ３０３が差動的に動作、つまり変位量に差を持たせると、Ｘ−Ｙプレート３０１はθｚ軸方向の動作をする。一方、Ｙピエゾアクチュエータ３０４が作動すると、Ｘ−Ｙプレート３０１がＹ軸方向に並進運動する。
【００６７】
図１３を参照して、Ｘ−Ｙプレート３０１のＸ軸方向の位置はチルトプレート２０１とＸ−Ｙプレート３０１との間に配置された２つの静電容量センサ３２６、３２７（以下、Ｘ１センサ、Ｘ２センサと呼ぶ）で計測される。Ｘ−Ｙプレート３０１のＹ軸方向の位置はチルトプレート２０１とＸ−Ｙプレート３０１との間に配置された１つの静電容量センサ３２８（以下、Ｙセンサと呼ぶ）で計測される。これらＸ１センサ３２６、Ｘ２センサ３２７、Ｙセンサ３２８により計測されるＸ−Ｙ平面内の位置情報に基づいてトップテーブル２０２のセミクローズド制御が行われる。
【００６８】
次に、図１３に加えて、図１４をも参照して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の減衰器について説明する。ベースプレート１００上に間隔をおいて２つのホルダスタンド２５１、２５２が固定配置されている。これらのホルダスタンド２５１、２５２上には四角形の枠状のダンパホルダ２６０が固定されている。ホルダスタンド２５１、２５２が間隔をおいて配置されるのは、これらの間をピエゾアクチュエータＺ３が通るためである。一方、Ｘ−Ｙプレート３０１は中央に開口３０１ａ（図９参照）を有している。開口３０１ａに対応するトッププレート２０２にも開口２０２ａ（図１３）が設けられている。開口２０２ａの内壁にはこれより小さ目であってダンパホルダ２６０より大き目の内径を持つダンパリング２７０が取り付けられている。ダンパホルダ２６０には、Ｘ軸方向減衰器として２つのダンパ２６１、２６２がＸ軸方向の同軸上に互いに反対向きに取り付けられている。ダンパホルダ２６０にはまた、Ｙ軸方向減衰器として２つのダンパ２６３、２６４がＹ軸方向の同軸上に互いに反対向きに取り付けられている。各ダンパ２６１〜２６４のピストンロッドはダンパリング２７０の内径面に接するようにされている。
【００６９】
同一のＸ−Ｙ平面内での上記のような４個のダンパ２６１〜２６４の配置により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にトップテーブル２０２が運動した場合、必ず１個以上のダンパが押し込まれた状態となり、効果的な減衰が得られる。また、トップテーブル２０２のθｚ軸方向の回転運動についても、ダンパホルダ２６０の中心と負荷（トップテーブル、ミラー等の可動部の負荷）の重心が一致しないため、ダンパ２６１〜２６４との接触点では並進変位として作用し、減衰性能を発揮する配置・構成となっている。
【００７０】
なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の減衰器については、少なくとも３個配置されれば良い。つまり、上記の例では９０度の角度間隔をおいて４個のダンパを同一平面内に配置している。しかし、３個のダンパを同一平面内に配置（好ましくは１２０度の角度間隔）した場合であってもＸ軸方向、Ｙ軸方向に関する減衰性能を発揮することができる。
【００７１】
ダンパ２１９、２２９、２３９、２４９、２６１〜２６４はすべて同じものを使用している。ダンパの構造は一般にショックアブソーバと呼ばれ様々なタイプのものが市販されている。図１６にその一例を示す。
【００７２】
図１６において、４０１はピストンロッド、４０２はスリーブ、４０３はプラグ、４０４はアキュムレータ、４０５はスプリング、４０６はオイル、４０７はピストンリング、４０８はカラー、４０９はロッドパッキン、４１０はＯ−リング、４１１は小ネジ、４１２は六角ナットである。通常、この種のものをショックアブソーバとして使用する場合には、ピストンロッドの先端は、被減衰要素にリジッドに固定される。しかし、本発明ではピストンロッドの先端をリジッドに固定しないのが特徴である。
【００７３】
本発明ではまた、真空、非磁性環境に対応するために構造用の材質としてチタン、リン青銅、ベリリウム銅等の非磁性材料を使用している。また、減衰用のオイルには真空用グリースの基油を使用している。これにより、ベローズで真空シールする等の構造変更をすることなく、最小のコストで真空・非磁性対応を実現している。
【００７４】
参考のために、図１８にはＺ１軸〜Ｚ３軸用のピエゾアクチュエータＺ１〜Ｚ３とその関連要素、主リンクヒンジ３２１〜３２３及び副リンクヒンジ３２４、３２５、ダンパ２１９、２２９、２３９、２４９及びダンパ２６１〜２６４等の配置関係を平面図にて示す。また、図１９にはダンパ２６１〜２６４の支持構造を側面断面図で示す。但し、図１８、図１９に示された各要素は、図９から図１７に示された各要素とは必ずしも対応していない。トップテーブル２０２の開口２０２ａは無くても良い。
【００７５】
上記のように、トップテーブル２０２がＸ−Ｙプレート３０１に固定され、チルトステージにおけるチルトプレート２０１はＺ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向に変位可能である。しかも、Ｘ−ＹステージにおけるＸ−Ｙプレート３０１はチルトプレート２０１と共に変位可能であると共に、チルトプレート２０１とは独立してＸ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ軸方向に変位可能である。このことにより、トップテーブル２０２は６自由度（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向、θｚ軸方向）の運動が可能となる。
【００７６】
なお、Ｘ−Ｙステージの位置計測（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ軸方向）は、トップテーブル２０２に取り付けた、Ｙ軸方向に延在するＸミラー３３１及びＸ軸方向に延在するＹミラー３３２（図１３参照）とレーザ干渉計（図示せず）とにより行われる。この位置計測により得られた位置情報を基に、６自由度（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、θｘ軸方向、θｙ軸方向、θｚ軸方向）のフルクローズド制御が行われる。更に、θｘ軸方向、θｙ軸方向に関してもレーザ干渉計で位置を計測することが可能であり、この計測値を基にＺ軸方向以外はすべてレーザ干渉計からの位置情報にて位置制御を行うことが可能である。但し、この場合、ミラーが大型化し、レーザ干渉計の光学部品等も増加することからコストアップ等の問題が生じることを考慮する必要がある。
【００７７】
以上、本発明を２つの実施の形態について説明したが、上記の各構成要素は、非磁性材料で作られる。また、上記の微動ステージ装置は、前述したように、粗動ステージ装置と共に１０-4（Ｐａ）程度の真空度の真空容器内に配置されて使用されるのに適しているが、大気中での使用も可能であることは言うまでも無い。つまり、本発明による微動ステージ装置の動作環境は、真空環境下に限定されず、大気、Ｎ2 等の雰囲気下でも動作可能である。このため、本発明による微動ステージ装置の応用分野は、半導体製造装置、液晶製造装置にも適用可能であり、さらにはレーザ加工機、工作機械等の微小範囲での高精度位置決めを必要とするステージ装置全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による微動ステージ装置の正面図である。
【図２】図１の微動ステージ装置を、図１の線Ｂの高さ位置から見た平面図である。
【図３】図１の微動ステージ装置を、図１の右方から見た側面図である。
【図４】図１の微動ステージ装置を、図１の線Ａの高さ位置から見た平面図である。
【図５】図１の微動ステージ装置を、図４の線Ｉで切断した正面断面図である。
【図６】図１の微動ステージ装置におけるチルトステージの駆動機構の構成を説明するための模式図である。
【図７】図６に示されたチルトステージの駆動機構へのチルトプレートの設置形態を説明するための模式図である。
【図８】図７に示されたチルトプレートＸ−Ｙプレートとの組み合わせの形態を示した模式図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による微動ステージ装置の主要部の構成を示した斜視図である。
【図１０】図９の微動ステージ装置におけるＺ軸駆動機構の主要部の構成例を示した斜視図である。
【図１１】図１０の構成に更にＺ軸駆動機構の構成要素を追加し、チルトプレートと共に示した斜視図である。
【図１２】図９の微動ステージ装置におけるＺ軸方向の減衰作用を説明するための部分斜視図である。
【図１３】図９の微動ステージ装置の平面図である。
【図１４】図９の微動ステージ装置におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向の減衰構造を説明するための部分拡大斜視図である。
【図１５】図９の微動ステージ装置におけるＸ−Ｙステージの案内系について説明するための平面図である。
【図１６】図９の微動ステージ装置に減衰器として使用されるダンパの構造例を説明するための断面図である。
【図１７】図９の微動ステージ装置をＺ軸駆動機構の構成要素であるＺ３軸アクチュエータを中心に説明するための側面断面図である。
【図１８】Ｚ１軸〜Ｚ３軸用のピエゾアクチュエータとその関連要素、３つの主リンクヒンジと２つの副リンクヒンジ、Ｚ軸減衰用の４つのダンパ及びＸ軸、Ｙ軸減衰用の４つのダンパ等の配置関係を平面図にて示したものである。
【図１９】Ｘ軸減衰用、Ｙ軸減衰用の４つのダンパの支持構造の側面断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００    ベースプレート
１１０、１２０、１３０、２０３、２１３、２２３    ピエゾ固定ブロック
１１５、１２５、１３５、２０５、２１５、２２５    ウエッジステージ
２０１    チルトプレート
２０２    トップテーブル
２０４、２１４、２２４    ２連ステージ
２０７、２１７、２２７    Ｚ１センサ、Ｚ２センサ、Ｚ３センサ
２１９、２２９、２３９、２４９、２６１〜２６４    ダンパ
２２６    チルトヒンジ
２２８、２３８    板バネ
２６０    ダンパホルダ
２７０    ダンパリング
３０１    Ｘ−Ｙプレート
３０２    Ｘ１ピエゾアクチュエータ
３０３    Ｘ２ピエゾアクチュエータ
３０４    Ｙピエゾアクチュエータ
３２１、３２２、３２３    主リンクヒンジ
３２４、３２５    副リンクヒンジ
【図１】
2004363554.tif 000003
【図２】
2004363554.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004363554.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004363554.tif 000009
【図８】
2004363554.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004363554.tif 000017
【図１６】
2004363554.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004363554.tif 000021