JP2011159462A - 試料ステージ及び同ステージを用いた電子顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料ステージの位置決め時に用いる複数のブレーキ機構においてそれぞれのギャップが異なるため、同じ駆動指令ではブレーキ機構で発生する制動力に差が生じ試料ステージの位置ずれが発生する。
【解決手段】複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータ３０１を、既定の駆動指令により駆動し、その駆動中にブレーキ機構１２５ａそれぞれの検知機構から出力される接触検知出力に基づいて、ブレーキ機構１２５ａそれぞれのブレーキパッド３０７がブレーキ被制動面１２４ｕに接触したときのブレーキ機構間における既定の駆動指令の状態差Ｖｂａを取得し、この取得した既定の駆動指令の状態差Ｖｂａを基に、ブレーキ機構毎に、ブレーキ作動時のアクチュエータ３０１の駆動状態に該当する最終駆動指令Ｖａｔ，…を決定し、ブレーキ機構１２５ａそれぞれのアクチュエータ３０１を、この決定した対応する前記ブレーキ機構の最終駆動指令により駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に、半導体製造分野における半導体の検査や評価に用いて好適な、試料ステージ及び同ステージを用いた電子顕微鏡装置に関する。

近年の半導体素子の微細化に伴い、製造装置のみならず検査や評価装置にもそれに対応した高精度化が要求されている。これに伴い、通常、半導体ウェハ上に形成したパターンの形状寸法が正しいか否かを評価するためには、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと称す）が用いられている。

測長ＳＥＭでは、ウェハ上に電子線を照射し、得られた二次電子信号を画像処理し、その明暗の変化からパターンのエッジを判別して寸法を導き出している。そのため、前述したような半導体素子の微細化に対応するには、高い観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要である。そこで、測長ＳＥＭでは、二次電子像を何枚も重ね合わせてコントラストを向上させる必要があり、ウェハを搭載保持している試料ステージには、ナノメートルオーダの振動やドリフトを抑えることが要求される。

このような振動やドリフトを抑えるために、試料ステージに摺動部材（摺動ブレーキ）を取り付け、振動等に対しての機械剛性を高くする技術（特許文献１、特許文献２参照）がある。しかし、摺動部材を用いた場合は、試料ステージの移動時にはこの摺動部材による摩擦力が試料ステージの移動を妨げるため、試料ステージの位置決めが遅れることになっていた。さらに、試料ステージの移動時にこの摺動部材が摩擦により発生させる熱は、部材の熱収縮によるドリフトを発生させる要因にもなっていた。このような移動時の摩擦熱によるドリフトを抑制する技術として、摺動部材の接触とその解除をアクチュエータにより制御する技術（特許文献３）がある。

ＵＳＰ５３１４２５４号（図５、図６、図１０、図１１） 特開２００２−１８４３３９号公報（図４、図５） 特開２００１−１９６０２１号公報（図２、図３）

ところで、このような摺動部材の接触／解除を行うブレーキ機構を試料ステージに構成する場合、１つのブレーキレールを２つのブレーキ機構で押圧して挟み込むブレーキ構造、或いは試料ステージの移動軸に対して対称に設置した２つのブレーキレールをそれぞれのブレーキ機構で押圧するブレーキ構造、等が構成可能である。

しかしながら、ブレーキレールの摺動部材被接触面にある加工精度に起因した微小な凹凸、等の原因によって、ブレーキ機構の摺動部材接触面（以下、ブレーキ制動面と称す）とブレーキレールの摺動部材被接触面（以下、ブレーキ被制動面と称す）との間の距離、すなわちギャップは、ブレーキレール上におけるブレーキ移動位置の違いにより微小な量で異なる。この結果、それぞれのブレーキ機構に対して同じ駆動指令を出力すると、ブレーキ機構間でブレーキレールに作用する力の大きさが異なってしまい、これに起因して試料ステージの位置ずれやドリフトが発生する問題がある。

このような位置ずれやドリフトを試料ステージに発生させないためには、それぞれのブレーキ機構について、ブレーキレール上の各移動位置でのギャップを測定し、ギャップに合わせたブレーキ機構の駆動指令を出力する必要がある。しかしながら、ブレーキ制動面とブレーキ被制動面との間のギャップを試料ステージの移動時に正確に測定することは困難である。また、ブレーキ機構やブレーキレールの経時変化等の影響を考慮すると、ブレーキ機構に対してのギャップに合わせた駆動指令も、定期的にこの経時変化等の影響を考慮した調整が必要となる。

そこで、本発明では、試料ステージの位置決めの際に、複数のブレーキ機構それぞれの、ブレーキ被制動面との間のギャップの相違に合わせて、試料ステージの位置ずれの少ない最適なブレーキ駆動指令をブレーキそれぞれ個別に与えることを可能とし、ブレーキのギャップの測定や定期的な駆動指令の調整作業を不要とする試料ステージ、及び同ステージを用いた電子顕微鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の試料ステージ及び電子顕微鏡装置は、案内機構に沿って移動可能に保持された可動テーブルと、可動テーブルを案内機構に沿った指示位置に移動位置させる移動機構と、ブレーキ被制動面に対してアクチュエータの駆動に応動して当接又は離間するブレーキパッドを有し、可動テーブルを制動するブレーキ機構とを備えた試料ステージであって、複数のブレーキ機構それぞれに備えられ、ブレーキパッドのブレーキ被制動面に対しての接触を検知する検知手段と、移動機構により可動テーブルが案内機構に沿った指示位置に移動して停止した後、又は停止する直前に、複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータを駆動して複数のブレーキ機構を作動させる制御装置とを備え、制御装置は、複数のブレーキ機構を作動させる際に、複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータを、ブレーキパッドをブレーキ被制動面に対して接触させるための既定の駆動指令により駆動し、当該既定の駆動指令に基づく複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータの駆動中に複数のブレーキ機構それぞれの検知手段から出力される検知出力に基づいて、複数のブレーキ機構それぞれのブレーキパッドがブレーキ被制動面に接触したときの複数のブレーキ機構間における当該既定の駆動指令の状態差を取得し、当該取得した既定の駆動指令の状態差を基に、複数のブレーキ機構毎に、ブレーキ作動時のアクチュエータの駆動状態に該当する最終駆動指令を決定し、複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータを、当該決定した対応するブレーキ機構の最終駆動指令により駆動することを特徴とする。

本発明によれば、試料ステージの高精度な位置決めを行うことが可能である。そして、試料を移動した際の振動やドリフトが少なく、高精度計測を実現するための試料ステージ、及び同ステージを用いた電子顕微鏡装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る試料ステージのステージ機構の構成図である。 Ｘテーブル及びＹテーブルにそれぞれ設けられた各ブレーキ機構の取り付け位置を示す概略図である。 図１及び図２に示したブレーキ機構の構成図である。 ブレーキ機構に設けられた、ブレーキパッドとブレーキレールとの接触検知を行う検知機構の実施例の構成図である。 ピエゾアクチュエータの駆動電圧の大きさに対する伸長量の関係を示したグラフである。 ピエゾアクチュエータに供給する既定の駆動指令の一実施例を示すグラフである。 ブレーキ機構それぞれのピエゾアクチュエータに図６に示す既定の駆動指令の電圧を印加したときの、各ピエゾアクチュエータの駆動電圧と伸長状態との関係の説明図である。 本実施例に係るステージ機構のブレーキ制御処理を示すフローチャートである。 測長ＳＥＭにおけるステージ位置決め状態と測長シーケンスにおける各処理との関係を模式的に示す位置の時間応答波形である。 本発明の一実施の形態に係る測長ＳＥＭシステムの概略全体構成を示す図である。 本発明の一実施形態からなる測長ＳＥＭの制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図１から図１１を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る試料ステージのステージ機構の構成図である。
ステージ機構１０は、半導体ウェハ（図示せず）が搭載される試料ホルダ１３３を、図１に示すＸ−Ｙ座標系上の任意の座標位置に位置決めするものである。図示の例では、ステージ機構１０は、次のような構成になっている。

ベース１００上にはＹベース１１０が固定され、Ｙベース１１０には、試料ホルダ１３３を備えたトップテーブル１３０をＹ方向に沿って移動案内するための案内機構としてのＹガイド１１１が設けられている。図示の例では、Ｙガイド１１１は、Ｙベース１１０の上面に、Ｘ方向の中央部（図示せず）とその両端側それぞれとに１本ずつ固定配置された、合計３本の案内レール１１１’からなる。各案内レール１１１’は、互いに平行で、Ｙ方向に沿って延びている。Ｙテーブル１１２は、この３本の案内レール１１１’によって、Ｙベース１１０上をＹ方向に移動可能に支持されている。その一方で、Ｙテーブル１１２は、このＹガイド１１１によって、Ｙベース１１０上でのＸ方向の移動を拘束されている。

また、Ｙベース１１０には、このＹ方向に可動自在なＹテーブル１１２をＹベース１１０に対して停止保持するためのＹブレーキレール１１４が設けられている。Ｙブレーキレール１１４は、Ｙベース１１０のＸ方向の両端側それぞれに固定され、Ｙ方向に延びている。Ｙテーブル１１２のＸ方向の両端側には、Ｙブレーキレール１１４とともにＹ方向に関しての制動機構を構成するＹブレーキ機構１１５が、後述するブレーキパッドをＹブレーキレール１１４に対向させて固設されている。

さらに、Ｙベース１１０のＸ方向の端部とＹテーブル１１２の対応するＸ方向の端部との間には、Ｙテーブル１１２をＹベース１１０に対してＹ方向の任意位置に移動位置させるためのＹリニアモータ１１３がそれぞれ設けられている。各Ｙリニアモータ１１３は、支持体１１３ｆに支持された軸状の固定子１１３ｓに可動子１１３ｍが係合している構成になっている。各Ｙリニアモータ１１３は、例えばシャフトモータによって構成され、その固定子１１３ｓは、同極同士を接合した複数の永久磁石を連設してなるシャフトになっており、その可動子１１３ｍは、このシャフトと遊嵌する電磁コイルを備えたスライダになっている。各Ｙリニアモータ１１３は、支持体１１３ｆが固定子１１３ｓであるシャフトの延設方向をＹ方向にしてベース１００又はＹベース１１０に固定され、可動子１１３ｍがＹテーブル１１２のＸ方向の端部に固定された構成になっている。各Ｙリニアモータ１１３は、可動子１１３ｍの電磁コイルを磁極変化させて、固定子１１３ｓの永久磁石との間で可動子１１３ｍに対して推力や制動力を作用させ、可動子１１３ｍひいてはＹテーブル１１２をＹ方向の任意位置に移動位置させることができる。なお、図１では、Ｙリニアモータ１１３は、Ｙテーブル１１２のＸ方向両端部それぞれに設けられているが、これらは必要な推力や制動力があれば、いずれか一方のＸ方向端部にのみ設けた構成であってもよい。

また、Ｙテーブル１１２の上面には、試料ホルダ１３３が設けられたトップテーブル１３０のＹ方向と直交するＸ方向についての案内機構としてのＸサブガイド１１６が設けられている。Ｘサブガイド１１６は、Ｙテーブル１１２のＹ方向の両端側にそれぞれ１本ずつ、合計２本の案内レール１１６’が、互いに平行に、Ｘ方向に延設された構成となっている。

このＸサブガイド１１６には、トップテーブル１３０の下面に設けられたＸサブテーブル（図１では、図面上に現れない）が係合している。Ｘサブテーブルは、トップテーブル１３０の下面側に一体的に連結されている。これにより、Ｘサブテーブル及びトップテーブル１３０は、Ｘサブガイド１１６によってＹテーブル１１２に対してのＹ方向の移動が拘束され、Ｘサブガイド１１６に沿ったＸ方向の直線運動が許容されている。

同様に、ベース１００上には、Ｙベース１１０のＹ方向の両端側にそれぞれ位置させて、Ｘベース１２０が固定されて設けられている。各Ｘベース１２０には、試料ホルダ１３３が設けられたトップテーブル１３０をＸ方向に沿って移動案内するための案内機構としてのＸガイド１２１が設けられている。図示の例では、Ｘガイド１２１は、Ｘベース１２０の上面に固定配置された、Ｘ方向に沿って延びている案内レール１２１’からなる。

Ｘテーブル１２２は、各Ｘベース１２０の案内レール１２１’ によって、Ｘベース１２０上をＸ方向に移動可能に支持されている。その一方で、Ｘテーブル１２２は、このＸガイド１２１により、Ｘベース１２０上でのＹ方向の移動を拘束されている。

また、各Ｘベース１２０には、このＸ方向に可動自在なＸテーブル１２２をＸベース１２０に対して停止保持するためのＸブレーキレール１２４が設けられている。Ｘブレーキレール１２４は、Ｘ方向に延びている。Ｘテーブル１２２のＹ方向の両端側には、Ｘブレーキレール１２４とともにＸ方向に関しての制動機構を構成するＸブレーキ機構１２５が、後述するブレーキパッドをＸブレーキレール１２４に対向させて固設されている。

さらに、各Ｘベース１２０とＸテーブル１２２の対応するＹ方向の端部との間には、Ｘテーブル１２２をＸベース１２０に対してＸ方向の任意位置に移動位置させるためのＸリニアモータ１２３がそれぞれ設けられている。各Ｘリニアモータ１２３は、支持体１２３ｆに支持された軸状の固定子１２３ｓに可動子１２３ｍが係合している構成になっている。各Ｘリニアモータ１２３は、例えばシャフトモータによって構成され、その固定子１２３ｓは、同極同士を接合した複数の永久磁石を連設してなるシャフトになっており、その可動子１２３ｍは、このシャフトと遊嵌する電磁コイルを備えたスライダになっている。各Ｘリニアモータ１２３は、支持体１２３ｆが固定子１２３ｓであるシャフトの延設方向をＸ方向にしてベース１００又はＸベース１２０に固定され、可動子１２３ｍがＸテーブル１２２のＸ方向の端部に固定されている。各Ｘリニアモータ１２３は、可動子１２３ｍの電磁コイルを磁極変化させて、固定子１２３ｓの永久磁石との間で可動子１２３ｍに対して推力や制動力を作用させ、可動子１２３ｍひいてはＸテーブル１２２をＸ方向の任意位置に移動位置させることができる。なお、図１では、Ｘリニアモータ１２３は、Ｘテーブル１２２のＹ方向両端部それぞれに設けられているが、これらは必要な推力や制動力があれば、いずれか一方のＹ方向端部にのみ設けた構成であってもよい。

また、Ｘテーブル１２２の上面には、試料ホルダ１３３が設けられたトップテーブル１３０のＸ方向と直交するＹ方向についての案内機構としてのＹサブガイド１２６が設けられている。Ｙサブガイド１２６は、Ｘテーブル１２２のＸ方向の両端側にそれぞれ１本ずつ合計２本の案内レール１２６’が、互いに平行に、Ｙ方向に延設された構成となっている。

このＹサブガイド１１６には、トップテーブル１３０の下面に設けられたＹサブテーブル（図１では、図面上に現れない）が係合している。Ｙサブテーブルは、トップテーブル１３０の下面側に一体的に連結され、Ｙサブテーブル及びトップテーブル１３０は、Ｙサブガイド１２６によってＸテーブル１２２に対するＸ方向の移動が拘束され、Ｘテーブル１２２に対してのＹサブガイド１２６に沿ったＹ方向の直線運動が許容されている。

さらに、Ｘテーブル１２２には、トップテーブル１３０の下面に設けられた前述のＸサブガイドが貫通されるＹ方向に延びた長孔１２７が形成されている。これにより、Ｘサブガイド及びトップテーブル１３０は、Ｘテーブル１２２とは独立に、この長孔１２７内を長手方向（Ｙ方向）に沿って移動できるようになっている。

ステージ機構１０では、Ｘテーブル１２２，Ｙテーブル１１２が、それぞれ対応するＸガイド１２１，Ｙガイド１１１に沿って移動することにより、トップテーブル１３０のＸ方向及びＹ方向の２次元移動が可能となる。そして、トップテーブル１３０の上には、その２次元移動位置をレーザ干渉計（図示せず）により計測するための固定ミラー（Ｘミラー１３１、Ｙミラー１３２）、試料が載置される試料ホルダ１３３が設けられている。

なお、上述したステージ機構１０の構成では、リニアモータは、固定子に複数の永久磁石を連設し、可動子を電磁コイルで構成したシャフトモータにより構成したが、その構成は、例えば固定子に複数の電磁コイルを連設し、可動子を永久磁石で構成したシャフトモータであってもよい。さらに、リニアモータ自体も、シャフトモータに限定されるものではなく、直線移動可能な可動子を備えたものであればよい。

図２は、Ｘテーブル及びＹテーブルにそれぞれ設けられた各ブレーキ機構の取り付け位置を示す概略図である。

ステージ機構１０は、Ｘテーブル１２２及びＹテーブル１１２それぞれを、図中の破線矢印で示すようにＸ方向及びＹ方向に関して移動変位させて、このＸテーブル１２２及びＹテーブル１１２それぞれと係合しているトップテーブル１３０を、ＸＹ座標上の任意の座標位置に位置決めする。その位置決めは、Ｘリニアモータ１２３及びＹリニアモータ１１３それぞれの推力・制動制御、Ｘブレーキ機構１２５及びＹブレーキ機構１１５それぞれの作動制御によって行われる。

図１で説明したとおり、ステージ機構１０には、Ｘブレーキ機構１２５はＸテーブル１２２のＹ方向の両端側１２２ａ，１２２ｂそれぞれに対応して、Ｙブレーキ機構１１５はＹテーブル１１２のＸ方向の両端側１１２ａ，１１２ｂそれぞれに対応して、図２に示すように合計４つのブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂが設けられている。各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂは、アクチュエータの変位に応動させてブレーキパッドをブレーキレール１２４ａ，１２４ｂ，１１４ａ，１１４ｂに対して進退させることによって、ブレーキレール１２４ａ，１２４ｂ，１１４ａ，１１４ｂを押圧して制動力を発生させたり、その発生させた制動力を解除したりする。アクチュエータとしてはピエゾアクチュエータ３０１が用いられ、そのピエゾ素子に対する印加電圧の大きさを調整することにより、その制動力を制御できる構成になっている。

図３は、図１及び図２に示したブレーキ機構の構成図であり、図３（ａ）は、ブレーキ機構をテーブルの移動方向と直交する方向に眺めた正面図、図３（ｂ）は、ブレーキ機構をテーブルの移動方向に眺めた側面図である。なお、ここでは、ブレーキ機構１２５ａの構成を例に詳述するが、他のブレーキ機構１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂの構成については、ブレーキ機構１２５ａの構成と同様なので、その説明は省略する。

図３において、ピエゾアクチュエータ３０１は、その内部に積層型のピエゾ素子（図示せず）が実装され、このピエゾ素子に電圧を印加することによって、先端部３０１ｔが軸方向に伸びる構成になっている。ピエゾアクチュエータ３０１は、ホルダ３０２に形成された取付部（図示せず）に固定ボルト（図示せず）によって一体的に組み付けられている。

ホルダ３０２は、Ｘテーブル１２２の底面に取り付けられている。また、ホルダ３０２には、ピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔの軸方向変位を後述のブレーキパッド３０７の進退に変換するためのリンクレバー３０３が取り付けられている。リンクレバー３０３には、シャフト孔３０２ｐが形成され、このシャフト孔３０２ｐには、スリーブ３０４を介してシャフト３０５の一端側３０５ａが組み込まれ、リンクレバー３０３及びシャフト３０５は一体的に係合されている。その一方で、このシャフト３０５の他端側３０５ｂは、予め組み込まれているホルダ３０２の軸受３０６に係合され、この軸受３０６によって、リンクレバー３０３及びシャフト３０５は一体的に回動可能にホルダ３０２に支持されている。

リンクレバー３０３は、シャフト３０５を中心に、一方端側がピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔと当接する当接部３０３ａになっており、他方端側がブレーキパッド３０７を取り付ける取付部３０３ｂとなっている。リンクレバー３０３には、その当接部３０３ａがピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔと常時当接していて離間しないように、図示しないバネによって、矢印Ａの方向に一定の付勢力（モーメント）が加わるようになっている。これによって、リンクレバー３０３の当接部３０３ａとピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔとは常時当接する状態になり、ピエゾアクチュエータ３０１に駆動電圧が印加されなくなり、ピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔが退行するときでも、リンクレバー３０３の当接部３０３ａはピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔに当接している。そして、リンクレバー３０３は、シャフト３０５を中心に、取付部３０３ｂが形成されている他方端側への長さＬ２が当接部３０３ａが形成されている一方端側への長さＬ１よりも長く、ピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔの変位を取付部３０３ｂで増幅して取り出せる構成になっている。その上で、リンクレバー３０３の取付部３０３ｂには、パッド本体３０８をブレーキレール１２４に対向させた状態でブレーキパッド３０７を取り付けるためのブラケット３１２が固定されている。

ブレーキパッド３０７は、ブレーキレール１２４の表面と当接して制動力を発生させるパッド本体３０８と、ブラケット３１２に連結固定され、パッド本体３０８を一体的に保持するパッドホルダ３０９とを有する。パッド本体３０８は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）によって形成され、その表面形状（ブレーキ制動面形状）は中央部がその周辺部に対して突出した曲面形状になっている。また、裏面には、パッドホルダ３０９との固定ボルトが締結されるボルト孔が穿設されている。

これに対し、パッドホルダ３０９は、パッド本体３０８の取付側の面が凹部構造になっており、凹部には、固定ボルトの挿通孔が形成された板バネ３１０がその周縁部を係止されて凹部の底面との間に形成された空間に圧縮バネ３１１を介在させて支持され、取り付けられている。

ブレーキパッド３０７は、パッド本体３０８の裏面をパッドホルダ３０９の板バネ３１０に当接させて、板バネ３１０及び圧縮バネ３１１によるパッド本体３０８の支持力、すなわちパッドホルダ３０９による支持力が一定となるようにして、固定ボルトによりパッドホルダ３０９に連結されている。

このようなパッド本体３０８とパッドホルダ３０９との一体構造によって構成されたブレーキパッド３０７は、図示せぬ固定ボルトにより、リンクレバー３０３の取付部３０３ｂ側のブラケット３１２に組み付け固定される。

その上で、ブレーキ機構１２５ａは、ホルダ３０に設けた取付用ボルト孔（図示せず）を利用して、図３に示すようにＸテーブル１２２に取り付けられる。この際、ブレーキ機構１２５ａは、ピエゾアクチュエータ３０１に駆動電圧を印加しない状態で、パッド本体３０８のブレーキ制動面（当接面）とＸブレーキレール１２４のブレーキ被制動面１２４ｕとの間に微小なギャップを設けるようにして、ブレーキパッド３０７はブラケット３１２に組み付け固定されている。これにより、ブレーキ機構１２５ａが制動オフのときには、パッド本体３０８のブレーキ制動面とＸブレーキレール１２４のブレーキ被制動面１２４ｕとの間にはギャップを生じていて、ブレーキパッド３０７はＸブレーキレール１２４のブレーキ被制動面１２４ｕに対し非接触状態になり、Ｘテーブル１２２が移動する際、ブレーキパッド３０７のパッド本体３０８をＸブレーキレール１２４に引き摺らないようになっている。

このように構成された各ブレーキ機構では、Ｘ軸用のブレーキ機構１２５ａ、１２５ｂはＸテーブル１２２のＸ方向の変位に対して制動力を発生させ、Ｙ軸用のブレーキ機構１１５ａ、１１５ｂはＹテーブル１１２のＹ方向の変位に対して制動力を発生させる。その際、Ｘ軸用，Ｙ軸用のいずれのブレーキ機構とも、対応するテーブルの一方の端部側に設けられたブレーキ機構１２５ａ，１１５ａに生じる推力（詳細は後述する）の発生方向と、他方の端部側に設けられたブレーキ機構１２５ｂ，１１５ｂに生じる推力の発生方向とが互いに反対方向となるように、それぞれの推力の発生方向を図２に実線矢印で記載したようにして互いの向きを反対にして設置されている。

このように、Ｘ軸用，Ｙ軸用それぞれのテーブル１２２（１１２）の移動方向に対してテーブル１２２（１１２）の両端側それぞれに設けられた２つのブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ（１１５ａ，１１５ｂ）の推力を、テーブル１２２（１１２）の移動方向に沿って反対向きにすることで、互い推力の大きさが釣り合い、その上でブレーキ制動力が加わるので、トップテーブル１３０の停止位置がずれることがなくなる。なお、ブレーキ制動力と推力の発生原理に関しては後述する。

以上の構造により、各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂは、ピエゾアクチュエータ３０１への駆動電圧のＯＮ／ＯＦＦに基づく先端部３０１ｔの進退変位に応動して、リンクレバー３０３は、図中の矢印Ｂで示すように、シャフト３０５を中心にして反時計回り／時計回り方向に回動変位する。このリンクレバー３０３の回動変位は、ブラケット３１２を介し、ブレーキレール１２４，１１４のブレーキ被制動面１２４ｕ，１１４に対しての、ブレーキパッド３０７のパッド本体３０８の当接又は離間変位に変換される。これにより、各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂはそれぞれ独立に、ピエゾアクチュエータ３０１へ駆動電圧を印加（ＯＮ）すれば、パッド本体３０８は対応するブレーキレール１２４，１１４のブレーキ被制動面１２４ｕ，１１４ｕを押圧し、ピエゾアクチュエータ３０１への駆動電圧を遮断（ＯＦＦ）すれば、パッド本体３０８は対応するブレーキレール１２４，１１４のブレーキ被制動面１２４ｕ，１１４ｕから離間する。また、このようにして、パッド本体３０８をブレーキレール１２４，１１４のブレーキ被制動面１２４ｕ，１１４ｕに対して当接又は離間変位させる際は、ピエゾアクチュエータ３０１で発生する先端部３０１ｔの変位をリンクレバー３０３によってレバー比（Ｌ２／Ｌ１）を掛けた量に拡大して、ブレーキレール１２４，１１４に対してのブレーキパッド３０７のパッド本体３０８の変位に変換している。

このような各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂの構造から、図３に示すように、ブレーキ機構１２５ａの動作時（ピエゾアクチュエータ３０１への駆動電圧の印加時）におけるブレーキパッド３０７によるブレーキレール１２４に対しての押圧力３１３は、ブレーキレール１２４ａの表面、すなわちブレーキ被制動面１２４ｕの法線Ｐに対して、所定の角度θで傾いて作用する。そのため、ブレーキパッド３０７によるブレーキレール１２４ａに対する押圧力３１３については、この所定の角度θに応じて、ブレーキ被制動面１２４ｕの法線方向の垂直分力３１４とブレーキ被制動面１２４ｕの面内の水平分力３１５とに分解される。すなわち、この法線方向の垂直分力３１４を、ブレーキ機構１２５ａが取り付けられているＸテーブル１２２に働かせることで、ブレーキレール１２４ａとの間で、ブレーキ機構１２５ａが取り付けられているテーブル１２２に制動を加えることになる。なお、ここでは、このブレーキ被制動面１２４ｕの法線方向の垂直分力３１４のことを、便宜的に制動力３１４とも称することとする。その一方で、ブレーキ機構１２５ａには、このブレーキ被制動面１２４ｕに対しての押圧力３１３の水平分力３１５と釣り合うように、反作用としてのモータ推力３１６が生じることになる。そして、このモータ推力３１６の発生に応動して、Ｘテーブル１２２にはブレーキレール１２４ａの延設方向、すなわちＸ方向への移動が生じることになる。

すなわち、ピエゾアクチュエータ３０１に駆動電圧を印加した際の、ブレーキパッド３０７によるブレーキレール１２４ａに対しての押圧力３１３は、リンクレバー３０３に対し荷重として作用し、これに伴いリンクレバー３０３には変形が生じる。ところが、ブレーキパッド３０７はブレーキレール１２４ａに対して不動であるため、この変形が、ブレーキ機構１２５ａが取り付けられているＸテーブル１２２を、ブレーキレール１２４ａの延設方向（Ｙ方向）に沿って移動させてしまうことになる。

したがって、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂの動作時の、Ｘテーブル１２２のＸ方向の移動、Ｙテーブル１１２のＹ方向の移動は、ブレーキパッド３０７の押圧力３１３に基づくリンクレバー３０３の変形量に応じた移動距離でなされることになる。その移動距離については、リンクレバー３０３の剛性によって変化する。

一方、ブレーキパッド３０７によるブレーキ被制動面１２４ｕ，１１４ｕに対しての押圧力３１３は、ピエゾアクチュエータ３０１に印加する駆動電圧と、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との間のギャップとに相関する。ピエゾアクチュエータ３０１の特性から、その駆動電圧（前述したピエゾ素子に対する印加電圧）の増大に応じて、ブレーキパッド３０７によるブレーキ被制動面１２４ｕ，１１４ｕに対しての押圧力３１３は大きくなる。また、ピエゾアクチュエータ３０１に印加する駆動電圧が同一の大きさの電圧である場合、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との間のギャップが０の場合の押圧力３１３が最大となり、ギャップの増大とともにその押圧力３１３は減少する。

したがって、各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂについては、押圧力３１３によって制動力３１４とモータ推力３１６が決定される。換言すれば、ピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧の大小と、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との間のギャップの寸法とにより、各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂの作動時に反作用として生じるモータ推力３１６の大きさが変化し、リンクレバー３０３の変形量、及びテーブル１２２，１１２の実際の移動距離が変化することになる。

以上のように、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂは、各々作動時、ブレーキレール１２４，１１４の延設方向の移動に対して制動力３１４及びモータ推力３１５を発生させる。そのため、Ｘテーブル１２２，Ｙテーブル１１２毎に、一方のブレーキ機構１２５ａ，１１５ａに生じるモータ推力の発生方向３１５と他方のブレーキ機構１２５ｂ，１１５ｂに生じる推力の発生方向とは、互いに反対方向となるように各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂは設置されている。その際には、Ｘテーブル１２２，Ｙテーブル１１２毎、２つのブレーキ機構１２５ａ・１２５ｂ，１１５ａ・１１５ｂのモータ推力３１６を同等とすることが重要となる。

しかしながら、Ｘテーブル１２２，Ｙテーブル１１２毎の、２つのブレーキ機構１２５ａ・１２５ｂ，１１５ａ・１１５ｂの制動力３１４を同等にするためには、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との間のギャップが、ブレーキレール１２４，１１４上におけるテーブル１２２，１１２の移動位置や、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ、１１５ａ，１１５ｂそれぞれで異なることが課題となる。

そのため、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との間のギャップが異なると、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１に同じ駆動電圧を与えた場合でも、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂそれぞれのブレーキレール１２４，１１４に発生する押し付け力が異なってしまう。この結果、このようにブレーキ押し付け力が異なると、ブレーキ動作時の移動量も異なり、ステージの位置ずれの要因となる。

そこで、上述した各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂは、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との接触を検知するための検知機構４００を備えた構成になっている。

図４は、ブレーキ機構に設けられた、ブレーキパッドとブレーキレールとの接触検知を行う検知機構の実施例の構成図である。

図４（ａ）は、ブレーキパッドとブレーキレールとの接触検知を行う検知機構の一実施例の構成図である。

本実施例の場合、検知機構４００は、ブレーキパッド３０７のパッド本体３０８が前述のＳＵＳ（ステンレス鋼）の如くの導電性の材質で形成されることに着目し、電流検出回路４０１からパッド本体３０８に微弱な電流を流し、このパッド本体３０８が同じく導電体で構成されたブレーキレール１２４と接触したときの電位の変化を検知することによって、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との接触を検出する構成になっている。

ただし、この場合、電流検出回路４０１からパッド本体３０８に流した微弱電流が、別経路を通ってブレーキレール１２４，１１４以外の他部に流れ、誤検知、誤計測を引き起こさないように、例えば、パッド本体３０８を保持するブレーキパッド３０７のパッドホルダ３０９、又はブレーキパッド３０７をリンクレバー３０３に取り付けるためのブラケット３１２は、非導電性の材質、例えばセラミック等で形成されている。また、ブレーキレール１２４，１１４は、少なくともそのブレーキ被制動面１２４ｕが導電性の材質で形成され、接地電位と接続されている。

本実施例によれば、電流検出回路４０１が、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との当接／離間を、微弱電流の導通／遮断に基づく電圧変化として検知し、その検知信号を図示せぬブレーキ制御装置（後述する測長ＳＥＭシステムでは、ステージ制御装置１０１２に含まれる）に供給する。

図４（ｂ）は、ブレーキパッドとブレーキレールとの接触検知を行う検知機構の別の実施例の構成図である。

本実施例の場合、検知機構４００は、ブレーキパッド３０７によるブレーキレール１２４，１１４に対する押圧力３１３がリンクレバー３０３に対し荷重として作用することに着目し、リンクレバー３０３に貼り付けた歪みゲージ４１１により、ブレーキパッド３０７によるブレーキレール１２４，１１４の押圧時にリンクレバー３０３に生じる歪みを検出することによって、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との接触を検出する構成になっている。歪みゲージ４１１は、ブリッジボックス４１２経由で歪み計４１３に接続されている。

本実施例によれば、歪み計４１３が、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との当接／離間を、ブリッジボックス４１２経由で歪みゲージ４１１がインピ−ダンス変化に基づいた電圧変化として検知し、その検知信号を図示せぬブレーキ制御装置に供給する。

図４（ｃ）は、ブレーキパッドとブレーキレールとの接触検知を行う検知機構のさらに別の実施例の構成図である。

本実施例の場合、検知機構４００は、ブレーキ機構１２５ａを動作させて、ブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４，１１４と接触した際に、ブレーキパッド３０７の構成部品の一つである板ばね３１０がわずかにδだけ図４（ｃ）に示すように変位することに着目し、パッドホルダ３０９の凹部底面と板ばね３１０の対抗面との間の距離に連動して静電容量が変化する静電容量センサ４２１をブレーキパッド３０７に設け、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との接触を検出する構成になっている。静電容量センサ４２１は、静電容量測定回路４２２に接続されている。

本実施例によれば、静電容量測定回路４２２が、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との当接／離間を、静電容量センサ４２１の静電容量変化に基づいた電圧変化で検知し、その検知信号を図示せぬブレーキ制御装置に供給する。

なお、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との接触検知を行う検知機構としては、これら実施例以外にも、光学センサや磁気センサ等を用いる構成も可能である。

次に、各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂのアクチュエータとしてのピエゾアクチュエータ３０１について詳述する。

図５は、ピエゾアクチュエータの駆動電圧の大きさに対する伸長量の関係を示したグラフである。

図５に示すように、ピエゾアクチュエータ３０１では、その駆動電圧の大きさと伸長量とが比例関係にある。そのため、ピエゾアクチュエータ３０１に対して印加する駆動電圧の大きさを増大すれば、ピエゾアクチュエータ３０１の伸長量は増加し、先端部３０１ｔ側の突出量も増加する。

図６は、ピエゾアクチュエータに供給する既定の駆動指令の一実施例を示すグラフである。

各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂのピエゾアクチュエータ３０１には、各ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂ個別に、図示せぬブレーキ制御装置から、ピエゾアクチュエータ３０１に印加する駆動電圧からなる既定の駆動指令がそれぞれ供給される。

本実施例では、ブレーキ制御装置は、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ又はＹブレーキ機構１１５ａ，１１５ｂのブレーキ制御処理において、図６に示すように、低い電圧から目標電圧まで一定の変化率でその駆動電圧を増加させるような駆動指令を、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ又はＹブレーキ機構１１５ａ，１１５ｂの、各ピエゾアクチュエータ３０１に個別に供給する。本実施例の場合は、例えば３０ミリ秒といった時間範囲内で、ピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧を図６に示すように低い電圧から目標電圧まで徐々に増加させるような駆動指令を出力する。

なお、ここで、目標電圧とは、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂそれぞれが目標とする規定の制動力３１４を生じさせるために十分な、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧を指す。また、目標とする規定の制動力３１４は、この目標とする規定の制動力３１４を生じさせるための目標とする規定の押圧力３１３に該当する。すなわち、目標電圧とは、この目標とする規定の押圧力３１３を生じさせるために十分なピエゾアクチュエータ３０１の伸長量を得るためのピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧の大きさである。

図７は、ブレーキ機構それぞれのピエゾアクチュエータに図６に示す既定の駆動指令の電圧を印加したときの、各ピエゾアクチュエータの駆動電圧と伸長状態との関係の説明図である。なお、図中に示した、ピエゾアクチュエータの駆動電圧と伸長量との間の特性は、Ｘテーブル１２２の移動に係りＸブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１を駆動するときも、Ｙテーブル１１２の移動に係りＹブレーキ機構１１５ａ，１１５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１を駆動するときも同様であるので、ここではＸテーブル１２２の移動に係りＸブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１を駆動したときを例に説明する。

ブレーキ制御装置により、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１個別に、図６に示すような、ピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧を低い電圧から目標電圧まで徐々に増加させるような既定の駆動指令を出力していくと、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１は、駆動指令に基づく駆動電圧の上昇に対応して、図７に示す関係で、それぞれの伸長量は増加し、それぞれの先端部３０１ｔ側の突出量も増加していく。そして、ある駆動指令の駆動電圧Ｖで、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂの中の少なくとも一方のブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４に対して離間状態から接触状態になったものとする。ブレーキ制御装置は、このブレーキパッド３０７の接触を、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれに設けられた、図４に示した検知機構４００から供給される検知信号に基づいて検出することができる。

ここで、ブレーキ制御装置は、ブレーキ機構１２５ａについて、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４ａとの接触時における駆動指令の駆動電圧Ｖとして、Ｖａ（図７中に、５０１で矢示した○符号で表す）を取得したものとする。同様にして、ブレーキ制御装置は、ブレーキ機構１２５ｂについては、ブレーキ機構１２５ａの場合と同様にして、ブレーキレール１２４ａとの接触時における駆動指令の駆動電圧Ｖとして、Ｖｂ（図７中に、５０２で矢示した×符号で表す）を取得したものとする。

ところで、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれが所定の大きさの制動力３１４をブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれに対して生じさせるためには、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれは所定の大きさの押圧力３１３をブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれに対して生じさせる必要がある。また、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれがブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれに対して生じさせる押圧力３１３の大きさは、前述したようにリンクレバー３０３の剛性が判明している場合は、それぞれのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ａに対して不動になったときからリンクレバー３０３にピエゾアクチュエータ３０１から作用させた荷重の大きさに対応する。また、その際におけるピエゾアクチュエータ３０１からリンクレバー３０３に作用させた荷重の大きさは、ピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔがリンクレバー３０３の当接部３０３ａに接触してからのピエゾアクチュエータ３０１のさらなる伸長量に対応し、ピエゾアクチュエータ３０１の伸長量が増加すれば、リンクレバー３０３に作用する荷重も増大する。

そこで、図７では、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれが所定の同じ大きさの制動力３１４をＸブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれに対して生じさせたときの、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１それぞれに対しての駆動指令の駆動電圧Ｖを、Ｖａｔ（図中に、５０３で矢示した△符号で表す），Ｖｂｔ（図中に、５０４で矢示した逆△符号で表す）で表している。

ここで、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ間で、所定の同じ大きさの制動力３１４を発生させるための駆動指令の駆動電圧Ｖａｔ，Ｖｂｔが異なり、それぞれのピエゾアクチュエータ３０１の伸長量が異なってしまっているのは、前述したとおり、押圧力３１３の大きさが、それぞれのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ａに対して不動になったときからリンクレバー３０３にピエゾアクチュエータ３０１から作用させた荷重の大きさに対応するためである。

図７に示す例では、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ間で、それぞれのピエゾアクチュエータ３０１の先端部３０１ｔがリンクレバー３０３の当接部３０３ａに接触するときの駆動電圧Ｖａ， Ｖｂが異なり、この電圧差Ｖｂ−Ｖａは、それぞれのピエゾアクチュエータ３０１のブレーキレール１２４ａ，１２４ｂに接触するまでの伸長量の差（図中に、５０５で矢示する）に置き換えることができる。そして、この伸長量の差５０５は、Ｘブレーキ機構１２５ａの当初のブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４ａとの間のギャップと、Ｘブレーキ機構１２５ｂの当初のブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４ｂとの間のギャップとの、ギャップ差に対応している。

ここで、実際のブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４とのギャップは、ピエゾアクチュエータ３０１の変位をリンクレバー３０３で拡大しているため、ピエゾアクチュエータ３０１の伸長量と同じ量ではない。しかし、Ｘブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれで使用する変位拡大機構としてのリンクレバー３０３は同じものであるため、変位の拡大率は同じであり、ピエゾアクチュエータ３０１の伸長量の差分５０５を調整することは、ブレーキパッド３０７それぞれとＸブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれとの間のギャップ差を調整することと同じである。そのため、Ｘブレーキ機構１２５ａとＸブレーキ機構１２５ｂとの間でそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１の伸長量の差５０５が分かれば、Ｘテーブル１２２の移動位置やＸテーブル１２２の両端側それぞれのブレーキ間で異なる、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４との間のギャップの差分を調整できることになる。

図７に示した例では、Ｘブレーキ機構１２５ｂに対して、Ｘブレーキ機構１２５ａとの伸長量の差分５０５と同等の伸長量（図中に、５０６で矢示する）を得るための電圧を規定の駆動電圧Ｖｔ（図７の場合は、Ｖｔ＝Ｖａｔ）に対して追加し、最終駆動指令の駆動電圧Ｖｂｔとすることで、Ｘブレーキ機構１２５ｂに対して不足していた伸長量を調整することができることを表している。このとき、伸長量の差分５０５と同等の伸長量５０６を得るための電圧は、図４に示したピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧に対する伸長量の関係から求めることができる。

図８は、本実施例に係るステージ機構のブレーキ制御処理を示すフローチャートである。

ブレーキ制御装置は、Ｘテーブル１２２，Ｙテーブル１１２それぞれについて、Ｘリニアモータ１２３，Ｙリニアモータ１１３の作動によるＸガイド１２１，Ｙガイド１１１に沿った移動が行われた場合には、該当するブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂ，１１５ａ，１１５ｂそれぞれに対して、図８に示すようなブレーキ制御処理を行う。なお、このブレーキ制御処理は、Ｘテーブル１２２を移動させた場合とＹテーブル１１２を移動させた場合とで対象とするブレーキ機構１２５，１１５が異なるだけなので、ここではＸテーブル１２２を移動させた場合を例に説明し、さらにそのブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂに対しての個別のブレーキ制御処理も、ブレーキ機構１２５ａとブレーキ機構１２５ｂとで同様なので、ブレーキ機構１２５ａに対してのブレーキ制御処理を例に説明する。

ブレーキ制御装置は、図示せぬ移動制御装置によるＸリニアモータ１２３の駆動制御によって、Ｘテーブル１２２がＸガイド１２１上のＸ方向位置ｘｉにＸリニアモータ１２３の駆動を停止して移動位置されたとき、又はこのＸリニアモータ１２３の駆動を停止してＸ方向位置ｘｉに移動位置される直前に、Ｘテーブル１２２のＸブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１に対して、図８に示すようなブレーキ制御処理を開始する。なお、このブレーキ制御処理を開始する際には、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂは、そのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ａ，１２４ｂの被制動面１２４ｕに対して離間した状態（非接触状態）になっている。これは、ブレーキ制御装置がＸリニアモータ１２３の駆動によってＸテーブル１２２をＸ方向位置ｘｉに向けて移動開始する際、移動中にブレーキレール１２４ａ，１２４ｂに対してブレーキパッド３０７を引き摺らないように、Ｘブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１に、駆動電圧をＯＦＦにする駆動指令を既に供給しているためである。以下は、前述したように、Ｘブレーキ機構１２５ａを例に説明する。

上述した状態で、ブレーキ制御装置は、Ｘテーブル１２２のブレーキ機構１２５ａに対するブレーキ制御処理を開始するにあたり、図６に示すような、一定の変化率で駆動電圧が増加する既定の駆動指令をブレーキ機構１２５ａのピエゾアクチュエータ３０１に印加するため、図８に示すように、駆動指令の駆動電圧を当初の低い電圧にした上で（ステップＳ８０１）、この駆動指令の駆動電圧ＶをＸブレーキ機構１２５ａ（１２５ｂ）のピエゾアクチュエータ３０１に印加する（ステップＳ８０２）。

そして、ブレーキ制御装置は、ブレーキ機構１２５ａのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ａに接触しているか否かを、ブレーキ機構１２５ａに備えられている図４に示した検知機構４００から供給される検知信号に基づいて判別し（ステップＳ８０３）、未だ接触していない場合には、図６に示すような、一定の変化率で駆動電圧が増加する既定の駆動指令の次の駆動電圧に駆動指令の駆動電圧Ｖを更新し（ステップＳ８０４）、今度は、この駆動指令の駆動電圧ＶをＸブレーキ機構１２５ａ（１２５ｂ）のピエゾアクチュエータ３０１に印加する（ステップＳ８０２）。

このようにして、ブレーキ制御装置は、図６に示すような、一定の変化率で駆動電圧が増加する既定の駆動指令をブレーキ機構１２５ａのピエゾアクチュエータ３０１に印加し（ステップＳ８０２〜Ｓ８０４）、ある駆動指令の駆動電圧Ｖａで、ブレーキ機構１２５ａのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ａに接触したのを判別すると（ステップＳ８０３）、他のブレーキ機構としてのブレーキ機構１２５ｂよりも先にブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４に接触したか否かにつき、同様なブレーキ制御処理が個別に行われているブレーキ機構１２５ｂとの関連で判別する（ステップＳ８０５）。

これにより、先に検出した場合には、ブレーキ制御装置は、ブレーキ機構１２５ａについての最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔを、当初から規定されている最終駆動指令の電圧Ｖｔ（ただし、Ｖｔ＞Ｖａ）にし（ステップＳ８０６）、他のブレーキ機構としてのブレーキ機構１２５ｂのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ｂに接触したか否かにつき、同様なブレーキ制御処理が個別に行われているブレーキ機構１２５ｂとの関連で判別する（ステップＳ８０７）。これにより、先に検出した場合には、ブレーキ機構１２５ａの駆動指令の駆動電圧は、他のブレーキ機構としてのブレーキ機構１２５ｂのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ｂに接触したのが確認されるまで、ブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４に接触したときの駆動指令の駆動電圧のままで、ブレーキレール１２４ａに対する押圧力３１３や、制動力３１４並びに水平分力３１５を生じさせないようになっている。

これに対し、後から検出した場合には、ブレーキ制御装置は、先にブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ｂに当接したブレーキ機構１２５ｂのブレーキパッド当接時における駆動指令の駆動電圧Ｖｂを、同様なブレーキ制御処理が個別に行われているブレーキ機構１２５ｂとの関連で取得し、当初から規定されている最終駆動指令の駆動電圧Ｖｔからその差電圧Ｖｂａ（＝Ｖｂ−Ｖａ）に対応する伸長分をさらに伸長させるための追加駆動電圧を算出し、ブレーキ機構１２５ａについての最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔを、当初から規定されている最終駆動指令の駆動電圧Ｖｔにこの追加駆動電圧を加えた駆動電圧にする（ステップＳ８０６）。この場合、差電圧Ｖｂａは、ブレーキ機構１２５ａと他のブレーキ機構１２５ｂとの間での、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４との間のギャップの差に該当する。また、ブレーキ制御装置は、追加駆動電圧を算出するにあたって、予めテーブルとして記憶してある、図４に示したピエゾアクチュエータ３０１の駆動電圧に対する伸長量の関係を利用することができる。

そして、ブレーキ制御装置は、ブレーキ機構１２５ａ及び他のブレーキ機構１２５ｂが共にブレーキパッド３０７をブレーキレール１２４に接触させている状態になっていれば、ブレーキ機構１２５ａに関しては、ステップＳ８０６又はステップＳ８０８の処理で得られた最終駆動指令の電圧Ｖｔをブレーキ機構１２５ａのピエゾアクチュエータ３０１に印加する（ステップＳ８０９）。なお、この場合における最終駆動指令の電圧Ｖａｔの印加方法は、他のブレーキ機構１２５ｂの最終駆動指令の電圧Ｖｂｔの印加方法と同じでありさえすれば、例えば。現在における駆動指令電圧Ｖａからこの最終駆動指令の電圧Ｖａｔに到るまで、駆動指令の印加電圧を図６に示した一定の変化率で駆動指令の電圧をさらに増加しながら印加していってもよいし、又は、現在における駆動指令の電圧Ｖａからいきなり最終駆動指令の電圧Ｖａｔを印加してもよい。

なお、ブレーキ制御装置は、ブレーキ機構１２５ａに対する上述したステップＳ８０１〜Ｓ８０９の処理からなるブレーキ制御処理を、他のブレーキ機構１２５ｂについても同様に個別に行っているため、ブレーキ機構１２５ａ， １２５ｂそれぞれによる押圧力３１３、及びこれら押圧力３１３に基づいた制動力３１４やモータ推力３１５は、Ｘテーブル１２２のＸブレーキ機構１２５ａとＸブレーキ機構１２５ｂとの間で、互いの均衡を取りながら発生させることができる。

また、ブレーキ機構１２５ａ， １２５ｂそれぞれのギャップの相違に応じて、ブレーキ機構１２５ａ， １２５ｂいずれか一方のブレーキパッド３０７のブレーキレール１２４に対する接触が他方のブレーキパッド３０７のブレーキレール１２４に対する接触よりもピエゾアクチュエータ３０１の伸長量が不足によって遅れる場合であっても、両者間にブレーキ制動力の差が生じることを抑制できる。

この結果、ブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４とのギャップ差による各ブレーキ機構１２５ａ， １２５ｂの制動力の差違はなくなり、ブレーキ動作によるステージの位置ずれを減らすことができる。

なお、上述したブレーキ制御装置によるブレーキ制御処理では、所定の大きさの制動力３１４をブレーキレール１２４ａ，１２４ｂそれぞれに対して生じさせるために、ブレーキ制御装置は、予め規定されている最終駆動指令の駆動電圧Ｖｔを有している構成としたが、その代わりに、ブレーキパッド３０７のブレーキレール１２４に対する接触時からのピエゾアクチュエータ３０１の所定伸長量を有している構成としてもよい。この場合、ブレーキ制御装置は、ステップＳ８０６，Ｓ８０８では、ブレーキ機構１２５ａのブレーキパッド３０７がブレーキレール１２４ａに接触したときの駆動指令の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂから、ピエゾアクチュエータ３０１をこの所定伸長量だけさらに伸長させたときの駆動指令の駆動電圧を最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔ，Ｖｂｔとして算出することができる。

また、ブレーキ制御装置は、上述したステップＳ８０１〜Ｓ８０９の処理によって取得したブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれの最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔ，Ｖｂｔを、その内部の記憶部にＸリニアモータ１２の作動による現在のＸテーブル１２２のＸ軸上における移動位置ｘｉに対応させて記憶しておくことにより、Ｘテーブル１２２のＸ軸上における移動位置ｘｉに対応したブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれの最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔ，Ｖｂｔに関する最終駆動指令テーブルを作成するようにしておけば、別の試料観察時におけるＸテーブル１２２のＸ軸上の移動位置ｘが、この最終駆動指令テーブルに最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔ，Ｖｂｔが記憶されているＸ軸上の移動位置ｘｉである場合には、この記憶されている最終駆動指令の駆動電圧Ｖａｔ，Ｖｂｔを、ブレーキ機構１２５ａ，１２５ｂそれぞれのピエゾアクチュエータ３０１にいきなりステップ状に印加して作動せることも可能である。

次に、上述したステージ機構１０を備えた試料ステージを含む測長ＳＥＭについて説明する。

図９は、測長ＳＥＭにおけるステージ位置決め状態と測長シーケンスにおける各処理との関係を模式的に示す位置の時間応答波形である。

測長ＳＥＭにおけるステージの位置決め状態には、測長の各処理を行うための条件に合わせてステージ移動状態Ｔ１（図中に、９０１で矢示した時間帯）、測定点を近くの参照パターンからの相対位置情報から特定するアドレッシングが可能な状態Ｔ２（図中に、９０２で矢示した時間帯）、測定点を高倍率で撮像して焦点を合わせるオートフォーカスが可能な状態Ｔ３（図中に、９０３で矢示した時間帯）、測長用の高倍パターン検出が可能な状態Ｔ４（図中に、９０４で矢示した時間帯）がある。測長シーケンスにおいては、ステージ移動状態Ｔ１からアドレッシングが可能な状態Ｔ２、アドレッシングが可能な状態Ｔ２からオートフォーカスが可能な状態Ｔ３と、測長処理を行うためには、ステージの位置決め状態が、測長シーケンスにおける各処理が可能な振動振幅及びドリフト量の許容範囲内に収まっている必要がある。

図１０は、本発明の一実施の形態に係る測長ＳＥＭシステムの概略全体構成を示す図である。

図１０に示すように、測長ＳＥＭシステムでは、真空ポンプ１００１により真空排気可能な試料室１００２内に、前述したステージ機構１０が搭載されている。また、試料室１００２の上部には、測長を行う電子顕微鏡１００３が搭載され、電子顕微鏡１００３はシステム制御装置１０１０によって制御される。各部の操作や画像の表示は、コンピュータ１０１１を用いて行う構成になっている。ステージ機構１０は、システム制御装置１０１０からの操作に基づいた制御の下でステージ制御装置１０１２により制御され、前述したステージ状態Ｔ１〜Ｔ４がシステム制御装置１０１０に送信されることで、測長処理との同期が取られる。このステージ制御装置１０１２は、ステージ機構１０のＸテーブル１２２及びＹテーブル１１２の移動に係り、前述したブレーキ制御装置としての機能も備えている。

態がシステム制御装置１０１０に送信されることで、測長処理との同期が取られる。

図１１は、本発明の一実施形態からなる測長ＳＥＭの制御処理の一例を示すフローチャートである。

図１１において、ステージ制御装置１０１２は、まず、目標位置に対して、試料ステージ（前述した、試料が試料ホルダ１３３に搭載されたトップテーブル１３０が該当）の移動を行い（ステップＳ１１０１）、試料ステージの目標位置への到達を、前述したＸテーブル１２２及びＹテーブル１１２のこの目標位置に対応する指示位置への移動位置決め完了により判断し（ステップＳ１１０２）、前述のブレーキ制御装置として、Ｘテーブル１２２の移動位置決めが完了するとＸテーブル１２２に設けられた複数のＸブレーキ機構１２５について、Ｙテーブル１１２の移動位置決めが完了するとＹテーブル１１２に設けられた複数のＹブレーキ機構１１５について、図８に示したブレーキ制御処理をそれぞれ実行する（ステップＳ１１０３）。

その後、ステージ制御装置１０１２は、上述したステップＳ１１０１〜ステップＳ１１０３に該当する状態Ｔ１から、アドレッシング可能状態Ｔ２となるまで待ち（ステップＳ１１０４）、試料ステージの振動振幅及びドリフト量がアドレッシングを行うための許容範囲の条件Ｃ１を満たせば、アドレッシング可能状態Ｔ２となったことをシステム制御装置１０１０に通知する（ステップＳ１１０５）。また、ステージ制御装置１０１２は、このアドレッシング可能状態Ｔ２から継続して、同様に、オートフォーカス可能状態となるまでの待ち（ステップＳ１１０６）、振動振幅及びドリフト量がオートフォーカスを行うための許容範囲の条件Ｃ２（条件Ｃ１よりも厳しい）を満たしたことによりオートフォーカス可能状態Ｔ３となったことをシステム制御装置１０１０に通知する（ステップＳ１１０７）。さらに、ステージ制御装置１０１２は、このオートフォーカス可能状態Ｔ３から継続して、同様に、高倍パターン検出可能状態となるまでの待ち（ステップＳ１１０８）、振動振幅及びドリフト量が高倍パターン検出を行うための許容範囲の条件Ｃ３（条件Ｃ２よりも厳しい）を満たしたことにより高倍パターン検出可能状態Ｔ４となったことをシステム制御装置１０１０に通知する（ステップＳ１１０９）。そして、ステージ制御装置１０１２は、その後、システム制御装置１０１０から高倍パターン検出処理が終了したことの通知を受けた場合には（ステップＳ１１１０）、前述のステップＳ１１０３の実行によりブレーキ作動状態になっているＸテーブル１２２及びＹテーブル１１２のＸブレーキ機構１２５それぞれ及びＹブレーキ機構１１５それぞれをＯＦＦして、非作動状態にする（ステップＳ１１１１）。

ステージ制御装置１０１２は、上記ステップＳ１１０１〜ステップＳ１１１１の処理を、試料上の側長点が変わる毎に繰り返す。

なお、上述した実施例では、測長点毎に、ステップＳ１１０３で示したブレーキ制御処理で図８に示したブレーキ制御処理を行い、Ｘブレーキ機構１２５及びＹブレーキ機構１１５それぞれのブレーキパッド３０７とブレーキレール１２４，１１４との接触を検知し、ブレーキギャップを調整することとしたが、一度求めた最適な駆動指令（すなわち、最終駆動指令）を測長点と対応付けて記憶しておき、次回以降は同駆動指令を位置決め後に使用することで、高速・高精度な位置決めを実現する実施例も構成可能である。

１０ ステージ機構、 １００ ベース、 １１０ Ｙベース、 １１１ Ｙガイド、
１１２ Ｙテーブル、 １１３ Ｙリニアモータ、 １１４ Ｙブレーキレール、
１１５ Ｙブレーキ機構、 １１６ Ｘサブガイド、 １２０ Ｘベース、
１２１ Ｘガイド、 １２２ Ｘテーブル、 １２３ Ｘリニアモータ、
１２４ Ｘブレーキレール、 １２５ Ｘブレーキ機構、 １２６ Ｙサブガイド、
１２７ 長孔、 １３０ トップテーブル、 １３１ Ｘミラー、
１３２ Ｙミラー、 １３３ 試料ホルダ、 ３０１ ピエゾアクチュエータ、
３０２ ホルダ、 ３０３ リンクレバー、 ３０４ スリーブ、
３０５ シャフト、 ３０６ 軸受、 ３０７ ブレーキパッド、
３０８ パッド本体、 ３０９ パッドホルダ、 ３１０ 板バネ、
３１１ 圧縮バネ、 ３１２ ブラケット、 ３１３ 押圧力、
３１４ 法線方向の分力（制動力）、 ３１５ 水平分力、 ３１６ モータ推力、
４００ 検知機構、 ４０１ 電流検出回路、 ４１１ 歪みゲージ、
４１２ ブリッジボックス、 ４１３ 歪み計、 ４２１ 静電容量センサ、
４２２ 静電容量測定回路、 １００１ 真空ポンプ、 １００２ 試料室、
１００３ 電子顕微鏡、 １０１０ システム制御装置、
１０１１ コンピュータ、 １０１２ ステージ制御装置、

Claims (7)

1. 案内機構に沿って移動可能に保持された可動テーブルと、
   該可動テーブルを前記案内機構に沿った指示位置に移動位置させる移動機構と、
   ブレーキ被制動面に対してアクチュエータの駆動に応動して当接又は離間するブレーキパッドを有し、前記可動テーブルを制動するブレーキ機構と
   を備えた試料ステージであって、
   前記複数のブレーキ機構それぞれに備えられ、ブレーキパッドのブレーキ被制動面に対しての接触を検知する検知手段と、
   前記移動機構により前記可動テーブルが前記案内機構に沿った指示位置に移動して停止した後、又は停止する直前に、前記複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータを駆動して前記複数のブレーキ機構を作動させる制御装置と
   を備え、
   該制御装置は、前記複数のブレーキ機構を作動させる際に、
   前記複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータを、ブレーキパッドをブレーキ被制動面に対して接触させるための既定の駆動指令により駆動し、
   当該既定の駆動指令に基づく前記複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータの駆動中に前記複数のブレーキ機構それぞれの前記検知手段から出力される検知出力に基づいて、前記複数のブレーキ機構それぞれのブレーキパッドがブレーキ被制動面に接触したときの前記複数のブレーキ機構間における当該既定の駆動指令の状態差を取得し、
   当該取得した既定の駆動指令の状態差を基に、前記複数のブレーキ機構毎に、ブレーキ作動時のアクチュエータの駆動状態に該当する最終駆動指令を決定し、
   前記複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータを、当該決定した対応する前記ブレーキ機構の最終駆動指令により駆動する
   ことを特徴とする試料ステージ。
2. 前記既定の駆動指令の状態差は、前記複数のブレーキ機構間の、ブレーキパッドとブレーキ被制動面との間のギャップの差に相当し、
   前記複数のブレーキ機構の中、ギャップの大きいブレーキ機構に対する最終駆動指令は、ギャップの小さいブレーキ機構に対する既定の最終駆動指令に当該ギャップの差に相当するアクチュエータの駆動指令を追加したものである
   ことを特徴とする請求項１記載の試料ステージ。
3. 前記複数のブレーキ機構それぞれのアクチュエータは、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項２記載の試料ステージ。
4. 前記検知手段は、
   前記ブレーキ機構の他部に対して絶縁されたブレーキパッドに微弱電流を流し、ブレーキ被制動面との接触に基づくブレーキパッドの電位変化からブレーキパッドのブレーキ被制動面に対しての接触を検知する
   ことを特徴とする請求項１記載の試料ステージ。
5. 前記検知手段は、
   前記ブレーキ機構に備えられたひずみゲージであり、
   当該ひずみゲージの出力の変化からブレーキパッドのブレーキ被制動面に対しての接触を検知する
   ことを特徴とする請求項１記載の試料ステージ。
6. 前記検知手段は、
   ブレーキパッドに設けられた静電容量センサであり、
   当該静電容量センサの出力の変化からブレーキパッドのブレーキ被制動面に対しての接触を検知する
   ことを特徴とする請求項１記載の試料ステージ。
7. 請求項１〜６記載いずれかに記載の試料ステージを備えた電子顕微鏡装置。

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