意外と知らないピエゾ位置決めの基礎知識
半導体製造における位置決め製品はここ10年はモーターステージが主流。しかし、グリス・摩擦による位置決め精度や使用環境の適合など課題もあります。今回は、ピエゾでお馴染みのピーアイ・ジャパンがあらためてピエゾの原理や特徴を分かりやすく解説！ピエゾについて知っている方も知らない方も必見です！
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このカタログについて
| ドキュメント名 | モーター駆動では難しい高精度位置決めは「ピエゾ」で解決【ウェビナー資料】 |
|---|---|
| ドキュメント種別 | ハンドブック |
| ファイルサイズ | 4.4Mb |
| 取り扱い企業 | ピーアイ・ジャパン株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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意外と知らないピエゾ位置決めの基礎知識
モーターステージでは難しい
⾼精度位置決めは「ピエゾ」で解決
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ゲスト紹介
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ゲスト紹介
飯束克也
ピーアイ・ジャパン株式会社
営業部
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会社紹介
ピーアイ・ジャパン株式会社 “精密位置決めに特化“
⽇本 本社︓神奈川県川崎市 京急川崎駅すぐ
ドイツ本社︓Physik instrumente社（略称 PI社）
世界従業員︓1,400名以上、 グループ⼦会社︓15社
ü ピエゾ精密位置決め分野の世界マーケットリーダー
ü モーターステージ、エアベアリングなど、複合多軸ソリューションシステム
ü 除震性能に優れたグラナイトベース、ポーラスチャック
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本⽇の内容
1. 半導体製造装置における位置決め活⽤シーン
2. ピエゾの原理・特性
3. PI社の位置決めピエゾ
4. PI社のピエゾ位置決めの特質
5. ポイントのまとめ
6. 視聴者からの事前質問
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半導体製造装置における
位置決め活⽤シーン
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半導体製造装置における位置決め活⽤シーン
Ø フォトマスク製造︓マスクライター、検査、修理
Ø リソグラフィ︓DUV・EUVリソグラフィー、ナノインプリントリソグラフィー
Ø ウェーハ計測︓⼨法計測、オーバーレイオフセット、層厚測定
Ø ウェーハダイシング︓レーザーフォーカス、ブレード制御
Ø ウェーハ・マスク検査︓ 構造不良・⽋陥・パーティクルの検出
Ø バックエンド︓ ダイおよびワイヤボンディング、パッケージング、テスト
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⼀般的な位置決めモータステージ
ボールネジ
モータ
カップリング
エンコーダー
ギア
リニアガイド
超精密では、部品精度・摩擦・摩耗・発熱なども影響
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ピエゾの原理・特性
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ピエゾとは？ “Piezo”
ピエゾ (Piezo)＝圧電素⼦（ピエゾ素⼦、圧電セラミック…）
・物質に圧⼒を加えると電圧が発⽣（圧電効果）
・逆に、電圧を加えると物質が変形（逆圧電効果）
逆圧電効果
主なピエゾセラミック材料（強誘電体）
チタン酸ジルコン酸鉛
Pb (Zr, Ti) O3 => PZT
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ピエゾとは？ “Piezo”
ピエゾ (Piezo)＝圧電素⼦
ピエゾセラミックスの⼤分類（機械的品質係数Qmによる）
⽤途例
ソナー、超⾳波洗浄、⻭垢除去、
ハードピエゾ
超⾳波カッター・溶接、外科⽤器具など
位置決め⽤アクチュエータ、
ソフトピエゾ
流量＆レベルセンサ、⾳響機器など
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ピエゾとは？ “Piezo”
位置決め⽤ピエゾアクチュエータ︓PICMA®
・ピエゾの厚さ︓100µm弱/1枚
・数⼗〜数百枚 を積層させた積層型タイプ
・印加電圧︓〜130V
・動作量︓全⻑ 30mm => 30µmの動作（0.1％）
特徴︓
・セラミック絶縁による優れた耐湿度性
・優れた環境特性︓⾼真空、極低温、磁場対応
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ピエゾとは？ “Piezo”
ピエゾアクチュエータの特性
+ ⾼分解能︓ 電圧による結晶の歪み動作のため、
理論上、分解能に限界がない
+ ⾼剛性︓ 数⼗N〜数百N/µm
+ ⾼発⽣⼒︓ 数百N〜数万N
+ ⾼速応答性︓ 数µsecの応答性
+ 摩擦・摩耗がない
+ 磁界の発⽣や影響がない
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ピエゾとは？ “Piezo”
ピエゾアクチュエータの特性
－ ヒステリシス︓電圧と動作量の関係が⾮線形（約10－15％）
－ クリープ︓印加電圧を⽌めても、わずかな変位が⽣じる
－ 動作量が⼩さい︓0.1％程度
0.1％
ΔL
L
ヒステリシス クリープ
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PI社の位置決めピエゾ
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PI社の位置決めピエゾ
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PI社の位置決めピエゾ クローズドループ制御
＋ ＋ ＋
ピエゾ︓PICMA 位置決めセンサー 筐体 コントローラ
※指令値に対し、動作量、計測位置をフィードバック制御
＝＞ヒステリシス・クリープ現1象7 を解消し⾼精度位置決め
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PI社の位置決めピエゾ アクチュエータから多軸ステージに拡張可能
位置決めピエゾアクチュエータ
＋ Max数トンの⾼発⽣⼒
＋ ⾼剛性
＋ ⾼共振周波数
＋ 真空・⾮磁性対応
＋ 歪ゲージセンサー対応
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PI社の位置決めピエゾ アクチュエータから多軸ステージに拡張可能
位置決めピエゾフレクシャステージ
＋ 優れた直進性
＋ 摩擦・摩耗がないため再現性が落ちない
＋ 真空・⾮磁性対応
＋ 動作量をレバー拡⼤ (〜2mm弱)
＋ 最⼤ 6軸駆動ステージも可能
＋ 2電極 静電容量センサー対応
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PI社の位置決めピエゾ ⾼精度な位置決め①
当社のステッピングモータ ピエゾ位置決めステージ
（リニアエンコーダステージ）
ステップ動作︓20nm ステップ動作︓3nm
20nm 3nm
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