(57)【要約】【課題】  アクチュエータからステージに１対１の関係で送り力が伝達されることなり、ステージをナノオーダにて送ることができる。【解決手段】  ベース１と、ワークＷを支えるためのステージ２と、ベース１にステージ２を移動先方向に移動可能に支持すると共に、移動先方向へのステージ２の移動をガイドするガイド３と、ステージ２に移動先方向への送りを与えるアクチュエータ４とを有し、ガイド３がステージ２を支持するガイド高さ位置Ｈ１と、ワークＷを搭載したステージ２の重心Ｍ０の高さ位置Ｈ２と、アクチュエータ４によるステージ２への作用点５の高さ位置Ｈ３とを揃えている。これにより、アクチュエータ４からステージ２に送り力が伝えられる際に発生するモーメント力を極力抑えることができる。【選択図】      図６
2005283500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、ワークを搭載するためのステージと、前記ベースに前記ステージを移動先方向に可動可能に支持すると共に、移動先方向へ移動する前記ステージをガイドするガイドと、前記ステージに移動先方向への送りを与えるアクチュエータとを有し、
前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、ワークを搭載した前記ステージの重心の高さ位置と、前記ステージに送りを与えるための前記アクチュエータの作用点の高さ位置とを揃えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの作用点を前記ステージの高さ方向に可動可能に設け、当該作用点の前記ステージに対する高さを調節可能としたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、前記ガイドが前記ステージをガイドするガイド高さ位置とを揃えたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項４】
ワークを搭載した前記ステージの重心の高さ位置は、前記アクチュエータによる力の作用線の高さ位置に揃えたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記ベースは上下に２分割され、その分割された箇所に防振機構が備えられたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記防振機構は、
対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構と、
を有することを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
【請求項７】
前記ガイドは、
前記ステージの移動先方向に沿って形成した対向するＶ溝と、当該対向するＶ溝内に互いに直交する方向に向けて保持されたローラ群とを有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、
支点を中心として揺動し、その一端部が前記作用点をなす梃子と、前記作用点と反対側の作用点に前記梃子の揺動力を付与する駆動源と、前記梃子を前記ステージに予圧する梃子予圧機構とを有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項９】
前記梃子は、対向する円錐形状の溝に保持されたボールの中心を支点としたことを特徴とする請求項８に記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノオーダでステージを移動させることが可能なステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子顕微鏡に用いる観察用試料としては、金属材料，生体（動植物）の組織細胞，或は高分子材料などが用いられている。これらの観察用試料は超薄切片として作成する必要がある。この超薄切片は膜厚がナノオーダオーダである。最近、電子顕微鏡による観察をより詳細に行うために、ミクロンオーダに代えてナノオーダで送りを与えて、ナノオーダの膜厚をもつ試料を作成する要求が高まっている。
【０００３】
この超薄切片を作成するには、カットすべき試料，或はナイフにナノオーダオーダで送りを与える必要がある。この要求は、電子顕微鏡による組織細胞の観察ばかりでなく、半導体装置の製造分野等においても高まっている。
【０００４】
半導体製造装置等に用いる駆動装置が特開２００３−２２９４７２号に開示されている。
【０００５】
特開２００３−２２９４７２号に開示された駆動装置は、大気圧より低い第１の気体圧力に維持されるプロセス室を内部に形成し、外部と連通する開口を備えた第１の筐体と、前記開口を、前記第１の筐体との間に隙間を残した状態で遮蔽し、前記第１の筐体の開口に対して移動する移動部材と、前記移動部材を移動させる駆動部と、前記駆動部と前記隙間とを内包し、少なくとも前記第１の筐体に対して前記移動部材を挟んで反対側における内部が、大気圧より低いが前記第１の気体圧力より高い第２の気体圧力に維持されている第２の筐体と、前記筐体の開口と前記移動部材との間の前記隙間における、前記第２の筐体の内部から前記第１の筐体の内部への気体の移動を制限する制限手段とを有する構成になっている。
【特許文献１】特開２００３−２２９４７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２００３−２２９４７２号に開示された駆動装置は公開公報の図２に示されるように、リニアガイドがサドル上に敷設され、移動部材がリニアガイドを介してサドル上に移動先方向に移動可能に支持されている。そして、サーボモータがサドルに設置され、サーボモータの回転力が図示されていない送りネジにより移動部材に伝えられ、移動部材が移動先方向に移動されるようになっている。
【０００７】
ところで、特開２００３−２２９４７２号に開示された駆動装置は公開公報の図２に示された形態から明らかなように、左右のリニアガイドが移動部材を支えている高さ位置を結ぶ支持高さ線と、サーボモータおよび図示されていない送りネジが移動部材を送るための作用点とは、図２の上下方向に大幅にずれている、すなわち前記作用点からの送り力は前記支持高さ線より大幅にずれた位置で移動部材に付与されることが明らかである。
【０００８】
このように、前記支持高さ線と前記作用点とが上下方向に大幅にずれていると、大きなモーメント力が作用する。ところで、機械加工上、送りネジには公差があり、この公差の範囲内であれば移動部材を正確に移動させることが可能に設計されている。しかしながら、特開２００３−２２９４７２号の駆動装置は、前記支持高さ線と前記作用点が上下方向に大幅にずれているため、この距離のずれにより設計上の公差が拡大され、その拡大された寸法分だけ送りネジによる移動部材の送りに誤差が生じてしまう可能性がある。この誤差はミクロンオーダではさして問題とならないものであるが、ナノオーダでは大きな影響を与えてしまうものである。
【０００９】
したがって、特開２００３−２２９４７２号の駆動装置では、ナノオーダで移動部材を移動させるには問題があり、この点を改善する余地が残されている。
【００１０】
また、特開２００３−２２９４７２号の駆動装置はサーボモータおよび送りネジによる力の作用点と、リニアガイドによる移動部材の支持点と、移動部材により送られるワークの重心とが上下方向にずれているため、リニアガイドに偏荷重が加わるおそれがあり、リニアガイドが偏磨耗して送り誤差を生じるおそれがある。このことはナノオーダでの送りに支障が生じてしまうこととなる。これらの点についても改善する余地が残されている。
【００１１】
また、特開２００３−２２９４７２号の駆動装置はサーボモータおよび送りネジによる力の作用点と、リニアガイドによる移動部材の支持点とが上下方向にずれているため、前記作用点からの力が移動部材に１対１の関係で伝わらず、力の伝達機構を設計する場合にモーメントを考慮する必要があり、設計を複雑化させてしまい、結果として力の伝達機構が複雑な機構になってしまうという虞がある。このように複雑な機構になれば、ナノオーダでの調整に熟練と時間を要することとなり、ランニングコストが高価になってしまうこととなる。
【００１２】
本発明の目的は、ナノオーダでステージを移動させることが可能な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】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明に係るステージ装置は、ベースと、ワークを搭載するためのステージと、前記ベースに前記ステージを移動先方向に可動可能に支持すると共に、移動先方向へ移動する前記ステージをガイドするガイドと、前記ステージに移動先方向への送りを与えるアクチュエータとを有し、
前記ガイドが前記ステージを支持する支持高さ位置と、ワークを搭載した前記ステージの重心の高さ位置と、前記ステージに送りを与えるための前記アクチュエータの作用点の高さ位置とを揃えたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記アクチュエータの作用点を前記ステージの高さ方向に可動可能に設け、当該作用点の前記ステージに対する高さ位置を調節することが望ましいものである。
【００１５】
前記ガイドは、前記アクチュエータの作用点を中心として対称な位置で前記ステージを支えることが望ましいものである。また前記ガイドが前記ステージを支える支持高さ位置と、前記ガイドが前記ステージをガイドするガイド高さ位置とを揃えることが望ましいものである。またワークを搭載した前記ステージの重心の高さ位置は、前記アクチュエータの作用点の高さ位置に揃えることが望ましいものである。
【００１６】
前記ベースは上下に２分割され、その分割された箇所に防振機構が備えられていることが望ましいものである。前記防振機構は、対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構とを有する機構として構成することが可能である。
【００１７】
前記ガイドは、前記アクチュエータによる力の作用線に沿う方向に形成した対向するＶ溝と、当該対向するＶ溝内に互いに直交する方向に向けて保持されたローラ群とを有する機構として構成することが望ましいものである。
【００１８】
前記アクチュエータは種々の構成のものを用いることが可能である。その一例としては梃子を用いることが可能である。このアクチュエータとしては、支点を中心として揺動し、その一端部が前記作用点をなす梃子と、前記作用点と反対側の作用点に前記梃子の揺動力を付与する駆動源と、前記梃子を前記ステージに予圧する梃子予圧機構とを有する機構として構成する。
【００１９】
前記梃子は、対向する円錐形状の溝に保持されたボールの中心を支点とすることが望ましいものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明は、ガイドがステージを支持する支持高さと、ワークを搭載したステージの重心の高さ位置と、ステージに送りを与えるためのアクチュエータの作用点の高さ位置とを揃えたため、アクチュエータの作用点とステージとの間に発生するモーメントを極めて小さく抑えることができる。そのため、モーメント力による影響を排除してステージをナノオーダにて送ることが可能である。
【００２１】
さらに、ガイドに偏荷重が加わることを回避することができ、ガイドの偏磨耗を回避して送り誤差を微少に抑えることができる。したがって、ナノオーダでの送りを実現することができる。また、アクチュエータの作用点の高さ位置を微調整可能としているため、アクチュエータとステージとの間に発生するモーメントを極力微少な範囲に抑えることができ、ステージをナノオーダで送ることに寄与できる。
【００２２】
さらに前記ガイドは、前記アクチュエータによる力の作用線に対称な位置で前記ステージを支えているため、ステージ上のワークの重心位置がアクチュエータによる力の作用線上にあることと相俟って、ワークの荷重がガイドに均等に加わることなり、ガイドを偏磨耗させることを回避することができ、ナノオーダでの送りに最適な機構とすることができる。
【００２３】
また前記ベースは上下に２分割され、その分割された箇所に防振機構が備えられているため、ベース側からステージに加わろうとする振動を確実に排除することができ、ナノオーダでの送りを実現することができる。また前記防振機構は、対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構とを有する構成とすることにより、これらの特性を最大限発揮させて防振を達成することができる。
【００２４】
また前記ガイドは、前記アクチュエータによる力の作用線に沿う方向に形成した対向するＶ溝と、当該対向するＶ溝内に互いに直交する方向に向けて保持されたローラ群とを有する構成、例えばクロスローラの構成とすることにより、転がり面が線接触となり、軸荷重による弾性変位が極僅かであり、しかもラジアル荷重，アクシャル荷重およびモーメントなどの複雑な荷重を同時に受けて緩和することができ、ナノオーダでの送りに最適な送り機構を実現することができる。
【００２５】
さらに前記アクチュエータは、支点を中心として揺動し、その一端部が前記作用点をなす梃子と、前記作用点と反対側の他端部に前記梃子の揺動力を付与する駆動源と、前記梃子を前記ステージに予圧する梃子予圧機構とを有する構成にすることにより、例え誤差があったとしても、その誤差を梃子比の利用によりナノオーダまで圧縮してステージに伝えることができ、ナノオーダでの送りに最適な送り機構を実現することができる。
【００２６】
さらに前記梃子の支点は、対向する円錐形状の溝と、これらの円錐形状の溝に保持されたボールと、前記対向する円錐形状の溝が接近する方向に予圧する予圧機構とを有し、前記梃子の支点を、前記アクチュエータによるステージへの力の作用点の高さ位置付近に接近させた構成とすることにより、梃子の支点の偏位をなくすことができ、ナノオーダでの送りに最適な送り機構を実現することができ、かつモーメントを小さくすることができる。またステージに対する梃子の作用点の位置を調節可能とすることにより、梃子とステージとの間に発生するモメントを極力小さく抑えることができ、ステージをナノオーダにて送ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図により説明する。
図１〜図６に示すように、本発明に係るステージ装置は基本的構成として、ベース１と、ワークＷを搭載するためのステージ２と、ベース１にステージ２を移動先方向（図１の左右方向）に可動可能に支持すると共に、移動先方向へ移動するステージ２をガイドするガイド３と、ステージ２に移動先方向への送りを与えるアクチュエータ４とを有している。さらにガイド３がステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１と、ワークＷを搭載したステージ２の重心Ｍ０の高さ位置Ｈ２と、ステージ３に送りを与えるためのアクチュエータ４の作用点５の高さ位置Ｈ３を揃えたことを特徴とするものである。
【００２８】
次に各構成要素について詳細に説明する。
（ベース）
図２及び図３に示すように、ベース１は支え枠１ａと支柱１ｂとに２分割され、その分割箇所に防振機構が備えられている。この防振機構は図２に示すように、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂと、これらの円錐形状の溝８ａ，８ｂに保持されるボール９と、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂを接近する方向に予圧する予圧機構１０とを有している。
【００２９】
対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂは図２に示すように、支え枠１ａの下面と支柱１ｂの上面とにそれぞれ形成されている。一方の円錐形状の溝８ａは支え枠１ａの下面に下方に向けて円錐形状に開口されている。他方の円錐形状の溝８ｂは支柱１ｂの上面に上方に向けて逆円錐形状に開口されている。そしてボール９は、その上部が一方の円錐形状の溝８ａ内に嵌合され、その下部が他方の円錐形状の溝８ｂ内に嵌合されることにより、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂ内に保持されている。この防振機構は図１に示すように、ベース１の４隅Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに配置されることにより、支え枠１ａと支柱１ｂとの間に介在されている。図１には４箇所の防振機構Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを図示しており、図２には２箇所の防振機構Ｃ，Ｄを図示している。なお、この防振機構の設置数は図示のものに限られるものではない。
【００３０】
実施形態における予圧機構１０としてバネを用いており、図２に示すようにバネ１０の一端を支え枠１ａのピン７ａに引掛け、その他端を支柱１ｂのピン７ｂに引掛けることにより、このバネ１０を用いて対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂが接近する方向に予圧している。なお、予圧機構１０としてはバネに限られるものではない。要は、バネ力に代えて、対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂが接近する方向に予圧することができるものであれば、いずれの予圧機構であってもよいものである。なお、図１，図３，図４，図６，図７〜図９の場合には予圧機構としてのバネは図示を省略している。
【００３１】
振動が支柱１ｂに加わる場合、支柱１ｂから支え枠１ａに伝わろうとする振動は、円錐形状の溝８ａ，８ｂ、ボール９及び予圧機構１０からなる防振機構により吸収緩和されることとなる。これにより、振動が支え枠１ａに伝わることを抑えることができ、ステージ３がナノオーダで移動する際に支障を生じることがない。さらに、ボール９は対向する円錐形状の溝８ａ，８ｂに保持されているため、予圧機構１０による予圧を受けて常に支え枠１ａと支柱１ｂとが正規の姿勢に整合するように働く。このため、ベース１を支え枠１ａと支柱１ｂとに２分割したことによる支障が生じることがない。
【００３２】
（ステージ・ガイド）
ステージ２は図１及び図３に示すように、上面にワークＷを支持する凹形状の支持部３１を備えた略長方体形状のブロックとして形成されている。ガイド３で支持されたステージ２が凹形状の支持部３１にワークＷを支持したときに、ワークＷ及びステージ２全体の重心Ｍ０の高さ位置が、ステージ２の凹状支持部３１の底面３１ａに対する高さ位置Ｈ２になるように設計されている。ガイド３は図６に示すように、ベース１の支え枠１ａにステージ２を移動先方向に移動可能に支持し、かつ移動先方向へのステージ２の移動を案内（ガイド）する構成になっている。実施形態では、ガイド３として、いわゆるクロスローラを用いている。このガイド３は図６に示すように、アクチュエータ４による力の作用線１１（図２参照）に沿う方向に形成した対向するＶ溝１２ａ，１２ｂと、複数のローラ（ローラ群）１３，１３，１３・・・とを有している。
【００３３】
対向するＶ溝１２ａ，１２ｂは、対面するステージ２の外側面と支え枠１ａの内側面とに形成されている。一方のＶ溝１２ａは支え枠１ａの内側面にステージ２に向けてＶ字状に形成されている。他方のＶ溝１２ｂはステージ２の外側面に支え枠１ａに向けてＶ字状に形成されている。これらのＶ溝１２ａ，１２ｂは組をなしてステージ２の両側にそれぞれ設けられている。実施形態では、Ｖ溝１２ａ，１２ｂを形成したレール１２をステージ２の段部２ａ，支え枠１ａの段部１ａ´にセットし、当て板３２をあてがってボルト３３により固定している。
【００３４】
ローラ１３は円筒型のローラであり、この円筒型ローラ１３は支え枠１ａのＶ溝１２ａ内に、Ｖ溝１２ａの長さ方向に１列に配列されており、隣接するローラ１３は互いに直交する方向に向けて斜め姿勢でＶ溝１２ａ内に保持されている。ステージ２のＶ溝１２ｂは、その内部にローラ１３が摺動可能に嵌合されている。このＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３の組合せにより、ステージ２は支え枠１ａに移動先方向（図１の右方向）に向けて可動可能に支持されている。
【００３５】
ガイド３は、左右のＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３とによりステージ２を支持し、かつ移動先方向へ移動するステージ２をガイドするようになっている。そして図６に示すように、ガイド２のＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３がステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１と、ワークＷを搭載したステージ３の重心Ｍ０の高さ位置Ｈ２とを揃えている。ここに、支持高さ位置Ｈ１は支え枠１ａの基準面１ｃからガイド３がステージ２を支える高さ、具体的にはＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３によるステージ２を支持する高さの位置として示している。上述した２列のガイド３は図６に示すように、アクチュエータ４によるステージ２への力の作用線１１を中心として対称な位置に設けられている。アクチュエータ４によるステージ２への力の作用線１１とは、ガイド３がステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１でアクチュエータ４の作用点５がステージ２に送り力を作用する方向に延長させた線を示すものである。またガイド３はＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３でステージ２を支持する支持高さ位置Ｈ１で移動先方向に移動するステージ２をガイドしている。すなわち、ガイド３がステージ２を支える支持高さ位置Ｈ１と、ガイド３のステージ２をガイドための高さ位置とを揃えている。また、上述したように支持高さ位置Ｈ１と重心高さ位置Ｈ２とを揃え、かつ２列のガイド３，３が前記作用線１１を中心として対称な位置に設けられているため、ワークＷを搭載したステージ３の重心Ｍ０は図６に示すように、前記作用線１１上に配置することとなる。
【００３６】
実施形態におけるガイド３は、円筒型ローラ１３がＶ溝１２ａ，１２ｂの長さ方向（アクチュエータ４による力のステージ２への力の作用線１１に沿う方向）に複数配列されているため、転がり面が線接触となり、軸荷重による弾性変位が極僅かであり、しかもラジアル荷重，アクシャル荷重およびモーメントなどの複雑な荷重を同時に受けて緩和することができ、ナノオーダでの送りに最適な送り機構を実現することができる。
【００３７】
なお実施形態では、ガイド３としてＶ溝１２ａ，１２ｂとローラ１３とによる、いわゆるクロスローラを用いたが、これに限られるものではない。要は、転がり面が点又は線接触となり、軸荷重による弾性変位が極僅かであり、しかもラジアル荷重，アクシャル荷重およびモーメントなどの複雑な荷重を同時に受けて緩和することができ、ナノオーダでの送りに最適なガイドであれば、いずれのものでもよい。
【００３８】
（アクチュエータ）
アクチュエータ４は、ガイド３に支持されたステージ２に送りを与えるようになっており、アクチュエータ４によるステージ３への力の作用点５の高さ位置Ｈ３と前記支持高さ位置Ｈ１とを揃えている。この作用点５の高さ位置Ｈ３は、アクチュエータ４を支え枠１ａに取付けた場合に、アクチュエータ５からステージ３へ力を作用させる作用点５の高さの位置として示している。実施形態におけるアクチュエータ４は図２〜図４に示すように梃子式のアクチュエータを用いている。このアクチュエータ４は図２及び図４に示すように、支点（ボール１８の中心）を中心として揺動し、その一端部がステージ２への力の作用点５となる梃子１４と、その作用点５と反対側の作用点２０に梃子１４の揺動力を付与する駆動源１５と、梃子１４にステージ２を予圧する梃子予圧機構１６とを有している。
【００３９】
梃子１４は図４に示すように、上下に伸びる竿１４ａと、この竿１４ａの上端部から左右に伸びる２本の腕１４ｂとを有するＴ型形状に形成されている。梃子１４は、竿１４ａが支え枠１ａに開口された貫通孔４０に通して下方に伸びており、２本の腕１４ｂが支え枠１ａに支持されるようになっている。２本の腕１４ｂを支える箇所が梃子１４の支点となる。梃子１４の支点は図４及び図５に示すように、対向する円錐形状の溝１７ａ，１７ｂと、これらの円錐形状の溝１７ａ，１７ｂに保持されたボール１８と、対向するＶ溝１７ａ，１７ｂが接近する方向に予圧する予圧機構１９とを有している。
【００４０】
対向する一方の円錐形状の溝１７ａは図４及び図５に示すように、左右に伸びる２本の腕１４ｂの下面に下方に向けて円錐形状に開口されている。対向する他方の円錐形状の溝１７ｂは、左右の腕１４ｂを支える支柱１ｂの上面に逆円錐形状に開口されている。これらの円錐形状の溝１７ａ，１７ｂは組をなして２本の腕１４ｂに対応する位置に設けられている。ボール１８は、その上部が円錐形状の溝１７ａ内に嵌合され、その下部が円錐形状の溝１７ｂ内に嵌合されることにより、これらの円錐形状の溝１７ａ，１７ｂ内に保持されている。実施形態における予圧機構１９としてバネを用いている。このバネ１９は、それぞれの端部が腕１４ｂのピン３２ａと支え枠１ａのピン３２ｂとの間に取付けられ、対向する円錐形状の溝１７ａ，１７ｂが接近する方向に予圧している。これにより、梃子（竿１４ａ）１４は図４及び図５に示すように、ボール１８を支点として、２個のボール１８の中心を結ぶ回転軸線２６の回りに揺動し、梃子１４の作用点５がステージ２のロッド２８を押すことにより、ステージ２に送りを与えるようになっている。また、ステージ２と梃子１４との間に設けたバネ１６により、梃子１４の作用点５とステージ２のロッド２８とを圧接している。なお、予圧機構１９としてのバネは、図１，図２，図３及び図７〜図９では図示を省略している。
【００４１】
前記竿１４ａは図５（ｂ）に示すように、駆動源１５からの力を受ける凸状の作用点２０（図３参照）と支点（図５に示すボール１８の中心）との間の距離Ｌ１と、この支点とステージ３に力を伝える作用点５との間の距離Ｌ２との比を、２００対１に設定している。この場合、梃子１４の梃子比を２００対１に設定しているため、作用点２０が４０ｍｍ（Ｓ１）移動した場合に作用点５が２００μｍ（０．２ｍｍ，Ｓ２）移動するようになっている。なお、この梃子比は一例であって、この数値に限定されるものではない。要は、梃子１４の一方の作用点２０が駆動源１５により変位する変位量を縮小することにより、梃子１４の他方の作用点５の変位量を微小（ナノオーダ）にするような梃子比であれば、いずれのものであってもよい。
【００４２】
以上のように、梃子１４の梃子比を利用して、図５（ａ）に示すように、梃子１４によるステージ２への力の作用点５の高さ位置Ｈ３と前記支持高さ位置Ｈ１とを揃えている。アクチュエータ４が梃子１４の場合、梃子の作用を発揮するために、作用点５の高さ位置Ｈ３から距離Ｄ１だけ下がった位置に梃子１４の支点（ボール１８の中心）が位置することとなり、この距離Ｄ１により梃子１４の支点（ボール１８の中心）を中心とするモーメントが発生する。本実施形態においては、梃子１４の梃子比が図５（ｂ）に示すように１：２００に設定されているため、前記距離Ｄ１は極めて小さく（設計値０．５ｍｍ）抑えられ、このことにより発生するモーメントがステージ２の移動に与える影響を極小さく抑えることができる。なお、図５（ａ）（ｂ）に示す例では、梃子１４の支点（ボール１８の中心）を作用点５の高さ位置Ｈ３より下方に位置させたが、作用点５の高さ位置Ｈ３より上方に位置させてもよいものである。
【００４３】
なお、実施形態のアクチュエータ４として梃子１４を設けたが、アクチュエータ４は梃子に限られるものではない。梃子１４に代えて、ナノオーダでステージ２を移動させることができるものであれば、いずれのものでもよい。またワークＷを搭載したステージ２の重心Ｍ０をアクチュエータ１４による力の作用線１１上に配置するための構成としては、凹部３１の構成に限られるものではない。要は、ワークの重心Ｍ０をアクチュエータ１４による力の作用線１１上に配置するための構成であれば、凹部の構成以外のものであってもよいものである。
【００４４】
さらにアクチュエータ４の作用点５をステージ２の高さ方向に可動可能に設け、作用点５のステージ２に対する高さ位置を調節するようになっている。具体的に説明すると、図３及び図４に示すように前記竿部１４ａは、梃子１４の回転軸線２６を中心として上下に広がる縦孔３４を備えており、この縦孔３４の上下方向のガイド面３４ａでガイドされる移動駒３５を縦孔３４内に上下方向に可動可能に備えている。この移動駒３５は、ステージ２と対面する端面に凸状の作用点５を備えている。また移動駒３５は竿部１４ａを上下方向に貫通するロッド３７を備えており、そのロッド３７の上端は竿部１４ａに取付けたマイクロメータ３９に連結されている。そしてマイクロメータ３９を操作することにより、ロッド３７を介して移動駒３５をガイド面３４ａでガイドして上下方向に微動させ、作用点５をアクチュエータ４による力のステージ２への正規の高さＨ３に設けたロッド２８に対して位置決めする。これにより、アクチュエータ４によるステージ２への作用点５の高さを調節して正規の高さで作用点５をステージ２のロッド２８に位置決めすることができる。したがって、梃子１４の梃子比を設計値通りに実現することができ、梃子１４によるステージ２の送りを正確に実行することができる。
【００４５】
また図１及び図２に示すようにステージ２は、両側に伸びるアーム４０を備えている。復帰手段としてのバネ２７は、その一端がアーム４０に取付けられ、その他端が支え枠１ａに取付けられている。バネ２７は、ステージ２が梃子１４により図中左方向に送られると、伸びてバネ力を蓄力し、梃子１４による送りが解除されると、蓄力したバネ力でステージ２を図中右側に移動させて元位置に復帰するようになっている。
【００４６】
梃子１４に揺動力を付与するための駆動源１５は図２，図３及び図４に示すように、駆動モータ２１と、リードネジ２１ａと、台座２２ａ及び移動駒２２ｂと、ガイド２２ｃと、押圧片２３と、予圧機構２４とを有している。ガイド２２ｃは図６に示すガイド３として用いたクロスローラと同様な構造になっており、ガイド２２ｃは図４に示すように、台座２２ａに移動駒２２ｂを移動先方向に移動可能に支持している。リードネジ２１ａは、その一端が駆動モータ２１の出力軸に接続され、その他端が移動駒２２ｂに螺合されている。押圧片２３は下面にストッパ２５を備えている。押圧片２３は、ストッパ２５を押圧片２３の前端面に押し当てた状態でネジ３４で移動駒２２ｂに固定されている。駆動モータ２１として、超音波モータ或はパルスモータなどを用いている。
【００４７】
支え枠１ａの貫通孔４０を通して下方に伸びた梃子１４の凸状の作用点２０は図３に示すように、押圧片２３側に向けて開口した凹部３８内に取付けられている。押圧片２３の先端は梃子１４の凹部３８内に嵌合し、凸状の作用点２０に当接している。実施形態の予圧機構２４としてバネを使用しており、バネ２４の一端が押圧片２３に取付けられ、その他端が梃子１４に取付けられ、バネ２４は梃子１４の作用点２０を押圧片２３の先端に圧接させている。
【００４８】
駆動モータ２１を正回転させると、リードネジ２１ａが正回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側に繰出す。この場合、押圧片２３のストッパ２５が移動駒２２ｂの前端面に当接しているため、押圧片２３が移動駒２２ｂと一体になって移動する。これにより、移動駒２２ｂの押圧片２３が梃子１４の作用点２０を図３において反時計方向に揺動する。さらに、移動駒２２ｂの移動量が押圧片２３に１対１の関係で伝わり、ステージ２をナノオーダで移動させることができる。
【００４９】
逆に駆動モータ２１を逆回転させると、リードネジ２１ａが逆回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側から離れる方向に移動させる。したがって、押圧片２３が梃子１４の作用点２０から離れる方向（図２の左方向）に移動することになる。
【００５０】
次に本発明の実施形態に係るステージ装置の一連の動作について説明する。なお、アクチュエータ４としては梃子式アクチュエータを用いた場合について説明する。
【００５１】
図７に示すように、梃子１４を右側に傾斜した状態にセットする。この状態がステージ２を移動させる前の初期状態である。この状態でワークＷをステージ２上に搭載する。このステージ３は、ワークＷを含めた重心Ｍ０が梃子１４による力の作用線１１上に位置した状態でワークＷを支持する。さらにガイド３は、ワークＷが搭載されたステージ３を前記作用線１１を中心として対称な位置であって、ステージ２をガイドするガイド高さで支え、ステージ２に送りが与えられた際にステージ２を前記作用点１１に沿って移動先方向にガイドする。
【００５２】
図７に示す状態において、駆動モータ２１を正回転させると、リードネジ２１ａが正回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側に繰出す。この場合、移動駒２２ｂに押圧片２３のストッパ２５が当接しているため、移動駒２２ｂの移動量が押圧片２３に１対１の関係で伝達される。このため、駆動モータ２１から移動駒２２ｂに伝達された移動量が押圧片２３に伝わり、押圧片２３は駆動モータ２１により移動させる距離だけ移動することとなる。したがって、駆動源１５により梃子１４の一方の作用点２０がナノオーダで支点（ボール１８の中心）の回りに図７の反時計方向に揺動する。この梃子１４の動きを受けて他方の作用点５がステージ２のロッド２８を図７の左方向に押す。このステージ２の動きに伴って、図１に示すステージ３と支え枠１ａとの間に張設したバネ２７が引張られ、このバネ２７にステージ３を図７の右方向に引戻すためのバネ力が蓄力される。
【００５３】
図７に示すように、梃子１４の作用点２０が駆動源１５により変位されると、梃子１４は支点（ボール１８の位置）を中心として回転軸線２６の回りに反時計方向に揺動する。したがって、梃子１４の作用点５がステージ３を移動先方向に押出す。これにより、ステージ３に送りが与えられる。
【００５４】
駆動源１５による梃子１４の揺動は、粗動ピッチによる送りにより生じるが、梃子比が２００：１に設定されている。そのため、梃子１４の作用点２０側での変位量は、他方の作用点５側では１／２００まで圧縮される。この梃子作用により梃子１４の作用点５側の動きが精緻化され、ステージ３をナノオーダで移動させることが可能となる。
【００５５】
ステージ２に送り力が与えられると、ガイド３は支持高さＨ１でステージ３を作用線１１に沿って移動先方向にガイドする。図８は、梃子１４が図７に示す傾斜した姿勢から揺動して、ほぼ垂直の姿勢になった状態を示しており、図７に示す状態に対してステージ２が距離Ｓ３だけ図８の左方向に移動している。さらに駆動源１５により梃子１４の作用点２０を変位させると、図９に示すように、図８に示す垂直姿勢を越えて左側に傾斜した姿勢まで揺動する。図９に示す姿勢まで梃子１４が揺動すると、ステージ２は移動範囲の終端位置まで送られることとなる。この場合、梃子１４が移動すると、ステージ２のロッド２８に当接している梃子１４の作用点５は支点（ボール１８の中心）を中心として円弧運動をする。図５（ｂ）に示すように、梃子１４の初期位置と終端位置とにおける作用点５の高さ位置と、作用点５が描く円弧との平均値が作用点５の上下方向の変位幅となるが、図５（ａ）に示すように梃子１４の支点から作用点５までの距離Ｄ１が極めて小さいため、前記作用点５の上下方向への変位範囲は極僅かであり、ステージ２をナノオーダで移動させることの支障になることはないものである。
【００５６】
次に、ステージ３を原位置に復帰させる場合について説明する。この場合、逆に駆動モータ２１を逆回転させる。すると、リードネジ２１ａが逆回転して移動駒２２ｂをガイド２２ｃにガイドさせながら梃子１４側から離れる方向に移動させる。したがって、移動駒２２ｂの押圧片２３が梃子１４の作用点２０から離れる方向（図９の左方向）に移動する。これにより、図９の状態から図８の状態を経て図７に示す初期状態まで前記バネ２７に蓄力されたバネ力により梃子１４が時計方向に揺動する。そして図７に示す状態に復帰する。
【００５７】
なお、アクチュエータ４として梃子式アクチュエータを用いた例を示したが、これに限られない。要は、ステージ３にナノオーダで送りを与えられる構成のものであれば、いずれのものでもよい。またステージ３に支えるワークＷとしては、切削加工すべきワーク，半導体製造に用いるウェハ，切削バイト，検査或は計測装置類など、広くステージ３により送りを与える必要があるものを含むものである。また、バネ２７によるバネ力でステージ２を原位置に復帰させる構成でなければ、アクチュエータ４としては圧電素子を用いてナノオーダでステージ２を移動させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上説明したように本発明によれば、アクチュエータからステージに送り力が伝えられる際に発生するモーメントを極力小さく抑えるため、アクチュエータからステージに１対１の関係で送り力が伝達されることなり、ステージをナノオーダにて送ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係るステージ装置の構成を示す平面図である。なお、図２に示す予圧機構は省略している。
【図２】本発明の実施形態に係るステージ装置の構成を示す図であって、防振機構を断面して示す側面図である。なお、図４に示す予圧機構は省略している。
【図３】図１のIII−III線に沿う位置で図２を縦方向に断面した断面図である。なお、図２に示す予圧機構は省略している。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面図である。なお、図２に示す予圧機構は省略している。
【図５】（ａ）は、図４のV部を拡大して示す拡大図、（ｂ）は梃子の梃子比を説明する図である。
【図６】図２のVI−VI線に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るステージ装置によりステージをアクチュエータによる力の作用線の方向に沿って送り出す初期状態を示す図であって、上ベース及びステージ並びに梃子を断面して示す動作説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係るステージ装置によりステージを送る工程における中間点を示す図であって、上ベース及びステージ並びに梃子を断面して示す動作説明図である。
【図９】本発明の実施形態に係るステージ装置によりステージを送る工程の終端位置での動作を示す図であって、上ベース及びステージ並びに梃子を断面して示す動作説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  ベース
１ａ  支え枠
１ｂ  支柱
２  ガイド
３  ステージ
４  アクチュエータ
５  ステージへの作用点
８ａ，８ｂ  円錐形状の溝
９  ボール
１０  予圧機構
１１  アクチュエータによる力の作用線
１２ａ，１２ｂ  Ｖ溝
１３  ローラ
１４  梃子
１５  駆動源
１６  梃子予圧機構
１７ａ，１７ｂ  円錐形状の溝
１８  ボール（支点）
１９  予圧機構
２０  梃子の作用点
【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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