JP4007561B2

JP4007561B2 - 試料ステージ移動装置

Info

Publication number: JP4007561B2
Application number: JP08927397A
Authority: JP
Inventors: 善博大蔵
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH10283964A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと称す）に用いて好適な試料ステージ移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＥＭで試料の像を観察する場合、現在蛍光板上で観察している視野の位置における試料ステージの座標を一旦記憶させ、その後に試料ステージを当該座標に戻して再び像を観察できると便利な場合がある。特に、近年のＴＥＭの試料ステージはコンピュータ制御されているので、試料ステージを予め記憶された座標に復帰させることは困難ではない。
【０００３】
しかし、高倍率で像観察を行う場合、例えばｎｍオーダーの高精度に試料ステージの位置を再現することは非常に困難である。それは、試料ステージの駆動機構のバックラッシュ、撓み等の、いわゆるガタあるいは遊び等と称される現象によって試料ステージを移動させる際に誤差を生じてしまうからである。なお、以下においてはこれらを総称して「ガタ」と称することにする。
【０００４】
そこで、試料ステージの位置を先に記憶された位置（以下、これを記憶位置と称す）に復帰させる場合に、試料ステージを、当該位置を記憶したときに試料ステージを移動させてきた方向と同じ方向から移動させるようになされているものがある。このようにすれば、試料ステージを記憶位置に復帰させるときに駆動機構のガタによって誤差が生じたとしても、その誤差は当該記憶位置を記憶する際に生じた誤差と同じになるので、試料ステージの位置の再現精度を向上させることができることは明らかである。このような手法は、一般のステージの駆動の手法としてよく知られている方法である。
【０００５】
図４を参照して具体的に説明すると次のようである。図４において、横軸は試料ステージのＸ軸座標を示し、縦軸は試料ステージのＹ軸座標を示している。また、Ａで示す位置は記憶位置であり、その位置は（Ｘ_a ，Ｙ_a ）であるとする。ここで、記憶位置Ａを記憶する際に、試料ステージをＣで示す位置から直線的にＢ（Ｘ_b ，Ｙ_b ）の位置に移動させ、次にＢの位置から直線的にＡの位置に移動させて、このＡの位置を記憶させたとする。
【０００６】
そして、いま試料ステージがＣの位置にあるとして、記憶位置Ａに復帰させようとする場合、Ｃの位置から直接記憶位置Ａに移動させると試料ステージの駆動機構のガタによって誤差が生じる可能性がある。なぜなら、Ｃの位置から記憶位置Ａに直接移動させるときの駆動機構のガタによる誤差と、当該記憶位置Ａを記憶する際にＣの位置からＢの位置に移動し、更にＢの位置から記憶位置Ａに移動したときの駆動機構のガタによる誤差とは一般的に異なるからである。
【０００７】
これに対して、試料ステージをＣの位置から記憶位置Ａに復帰させる場合に、記憶したときの動きと同じにＣの位置から一旦Ｂの位置に移動させ、次にＢの位置から記憶位置Ａに移動させれば、駆動機構のガタによる誤差はＡの位置を記憶するときと、Ａの位置に復帰させるときと同じになり、従って試料ステージの位置を高精度に再現することができることは明らかであろう。
【０００８】
なお、△Ｘ，△Ｙの値は、それぞれ試料ステージの駆動機構のＸ軸方向、Ｙ軸方向のガタの範囲より大きな値を有する固有値とすると、図４においては、
│Ｘ_a −Ｘ_b │≧△Ｘ
│Ｙ_a −Ｙ_b │≧△Ｙ
となされている。即ち、操作者は試料ステージを移動させるについては、試料ステージの駆動機構のＸ軸方向、Ｙ軸方向のガタの範囲より大きく移動させるようにするのである。図５はそのことを説明する図であり、図５のＰで示す位置を記憶させたい試料ステージの位置とすると、図中ハッチングで示す範囲外の位置から直線的に位置Ｐまで試料ステージを移動させる必要があるのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、試料ステージを記憶位置に復帰させる場合には、可能な限り当該位置を記憶したときと同じ動きで移動させるようにしたいのであるが、そのためには、操作者は、試料ステージを移動させる際に試料ステージの座標系における動きを正しく理解している必要がある。
【００１０】
しかし、これは非常に難しいことである。即ち、操作者は蛍光板状の試料の像を観察しながら試料ステージを移動させることはいうまでもないが、蛍光板上の像は対物レンズから投影レンズまでのレンズ系の作用により像回転を生じているため、蛍光板上の横軸方向、縦軸方向がそれぞれ試料ステージ上のＸ軸方向、Ｙ軸方向と一致するとは限らず、試料ステージの座標系と、蛍光板上の座標系とを対応させることは非常に難しいことなのである。
【００１１】
また、近年、ＴＥＭにおいては像回転を積極的に行わせるような機能が組み込まれているものがあるが、この種のＴＥＭの場合、試料ステージの座標系における試料移動方向と、蛍光板上での像の移動方向とをとっさに対応付けることは非常に困難である。
【００１２】
更に、試料の像をＣＲＴ等の表示装置上で観察しながらマウスで試料移動を行うようになされているＴＥＭも知られているが、この種のＴＥＭにおいては、像回転が生じていてもマウスの移動方向と像の移動方向を一致させるような補正処理がなされているため、この種のＴＥＭでは移動方向の対応付けは殆ど不可能である。
【００１３】
以上のようであるので、従来においては、試料ステージを記憶位置に復帰させる場合に、当該記憶位置を記憶したときと同様な動きで移動させるようにすることは非常に難しいものであり、その結果、高精度に記憶位置に移動させることが難しいものであった。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するものであって、試料ステージの位置を記憶させる際に、試料ステージの座標系での試料ステージの動きと、蛍光板上の座標系における像の動きとの対応付けを理解する必要がなく、試料ステージの記憶位置への復帰を容易、且つ高精度に行うことができる試料ステージ移動装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の試料ステージ移動装置は、観察視野を変えるために試料ステージを指示された方向に指示された量だけ移動させると共に、現在観察されている視野の位置における試料ステージの位置が指示されて記憶され、その後に試料ステージを当該記憶位置に戻して再び像観察を行うための試料ステージ移動装置であって、試料ステージをＸおよびＹ方向に移動させるＸＹ駆動手段と、指示された前記記憶位置の試料ステージの位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段によって検出された前記指示された像観察のための記憶位置の位置、試料ステージが前記指示された記憶位置へ、直交する４方向の何れの方向から移動してきたかを示す試料ステージ駆動情報を記憶すると共に、現在位置からある記憶位置への復帰が指示された場合には、当該記憶位置の位置と前記試料ステージ駆動情報とに基づき、当該記憶位置が記憶されたときと概ね同じ方向から試料ステージが当該記憶位置に移動するように、さらにその移動にあたっては、前記ＸＹ駆動手段のガタの範囲より大きな距離を試料ステージがＸＹ方向に移動するように、前記ＸＹ駆動手段を制御して試料ステージを移動させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る試料ステージ移動装置の一実施形態を示す図であり、図中、１は試料、２は試料ステージ、３はＸ軸駆動機構、４はＸ軸位置検出器、５はＹ軸駆動機構、６はＹ軸位置検出器、７は駆動制御部、８は主制御部、９は操作部、１０はメモリ、１１は表示部を示す。
【００１７】
観察の対象である試料１は試料ステージ２に載置されている。ＴＥＭの場合、実際には試料１は試料ホルダに装着され、その試料ホルダを試料ステージに固定するのであるが、図１ではその構造は省略している。
【００１８】
まず、図１に示す構成の各部の概略について説明する。
試料ステージ２は、いわゆる２軸ステージであればどのような構造のものでもよい。Ｘ軸駆動機構３及びＹ軸駆動機構５は、試料ステージ２を移動させる機能を持つものであればどのような構造のものであってもよい。
【００１９】
Ｘ軸位置検出器４はＸ軸駆動機構３の動きに基づいて、試料ステージ２の座標系におけるＸ軸方向位置を検出して、駆動制御部７に通知するものであり、試料ステージ２の現在のＸ軸方向位置を検出でき、且つデータ転送の機能を有するものであればどのような構造のものでもよい。同様に、Ｙ軸位置検出器６はＹ軸駆動機構５の動きに基づいて、試料ステージ２の座標系におけるＹ軸方向位置を検出して駆動制御部７に通知するものであり、試料ステージ２の現在のＹ軸方向位置を検出でき、且つデータ転送の機能を有するものであればどのような構造のものでもよい。
【００２０】
主制御部８は、ＣＰＵ及びその周辺回路からなり、当該試料ステージ移動装置の動作を統括して管理するものである。また、主制御部８は後述する処理を実行する。
駆動制御部７は、主制御部８からの指示に応じてＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５を制御するものである。
操作部９は、操作者が試料ステージ２の移動、そして試料ステージ２の位置の記憶、更には記憶させた位置に試料ステージ２を復帰させる際に使用するものであり、トラッカーボール、マウス、ジョイスティック等で構成される。
【００２１】
表示部１１はＣＲＴ等の表示手段で構成されており、試料ステージ２の位置を記憶させたり、あるいは記憶されている位置へ試料ステージ２を復帰させたりする際の操作インターフェースとして使用されるものである。
【００２２】
次に、試料ステージ２の位置を記憶させる場合の動作について説明する。
この場合、操作者は、蛍光板（図１には図示せず）を観察しながら操作部９により試料ステージ２を移動させる操作を行う。いま、操作者が試料ステージ２をある方向にある量だけ移動させる操作を行ったとすると、主制御部８は操作部９での操作内容を検知し、駆動制御部７に対して当該方向へ、当該量の移動を指示する。これに応じて駆動制御部７は試料ステージ２を当該方向へ、当該量だけ移動させるにはＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５をどれだけどちらの方向へ駆動すればよいかを演算し、その結果得られたＸ軸駆動方向、Ｘ軸駆動量をＸ軸駆動機構３に与えると共に、Ｙ軸駆動方向、Ｙ軸駆動量をＹ軸駆動機構５に与える。以上の動作によって、試料ステージ２は操作部９で操作された通りの方向に操作された通りの量だけ移動するので、蛍光板の視野内の試料１の像は移動することになる。
【００２３】
そして、後で観察したい像が蛍光板の視野の中心にきたとき、操作者は操作部９により位置記憶の操作を行う。このとき、駆動制御部７は、Ｘ軸位置検出器４から転送された最終的なＸ座標及びＹ軸位置検出器６から転送された最終的なＹ座標、及びどの方向から当該位置に移動してきたかを示す移動方向情報を主制御部８に渡す。これに応じて、主制御部８は移動方向情報から試料ステージ２の駆動状態を求める。この駆動状態は、試料ステージ２が当該記憶位置に移動されたときの概略の移動方向を示すことができればよいので詳細な移動方向は必要ではなく、例えば、図２において▲１▼〜▲４▼で示すような直交する４方向だけでよい。従って、主制御部８は駆動制御部７から渡された移動方向情報が示している移動方向を図２の４方向の何れかの方向に丸め込む処理を行う。なお、図２においてＰは今回記憶する位置を示している。
【００２４】
そして、主制御部８は、駆動制御部７から渡された当該位置のＸ座標、Ｙ座標及び求めた駆動状態を当該記憶位置に関する情報としてメモリ１０に記憶すると共に、表示部１１に当該記憶位置の座標値及び駆動状態を表示する。これによって当該位置が記憶されたことになる。
【００２５】
以上のようであるので、操作者は、蛍光板上の像の移動方向と、試料ステージ２の実際の移動方向を関連付けながら移動させる必要はなく、単に操作部９によって試料ステージ２を移動させて、観察したい位置が蛍光板の視野の中心にきたときに操作部９によって当該位置を記憶させる操作を行えばよい。
【００２６】
次に、試料ステージ２を先に記憶された記憶位置に復帰させる場合の動作について説明する。ここでは、現在試料ステージ２はＲの位置におり、この位置Ｒから先に記憶した位置Ｐに復帰させる場合を例にとって説明する。
【００２７】
この場合、操作者は表示部１１で復帰させたい記憶位置Ｐを指示する。これに応じて主制御部８は指示された記憶位置に関するＸ座標、Ｙ座標及び駆動状態をメモリ１０から読み出す。ここでは位置Ｐの座標は（Ｘ_M ，Ｙ_M ）とし、駆動状態は図２の▲３▼の方向であるとする。
【００２８】
次に、主制御部８は、現在の位置と、読み出した駆動状態と、記憶位置Ｐの座標とから、現在の位置Ｒから直接記憶位置Ｐに移動できるか否か、直接移動できない場合には現在位置Ｒからどの位置に一旦移動させればよいかを演算する。
【００２９】
現在位置Ｒから見たとき記憶位置Ｐが概略図２の▲３▼で示す方向にあり、しかも現在位置Ｒと記憶位置ＰとのＸ方向距離、Ｙ方向距離が共にＸ軸駆動機構３のガタの範囲、Ｙ軸駆動機構５のガタの範囲より大きい場合には、現在位置Ｒから記憶位置Ｐに直接移動させることが可能であるが、図３の場合には方向は概略図２の▲３▼の方向と同様であるが、現在位置Ｒと記憶位置ＰとのＸ方向の距離は小さく、Ｘ軸駆動機構３のガタの範囲内なので、現在位置Ｒから記憶位置Ｐへ直接移動させることはできない。
【００３０】
この場合、主制御部８は、記憶位置Ｐの駆動状態を考慮して、位置Ｑ（Ｘ_M −△Ｘ，Ｙ_M −△Ｙ）を求め、現在位置Ｒから一旦Ｑの位置に移動させ、Ｑの位置から記憶位置Ｐに移動させるようにする。ここで、△Ｘ，△Ｙは、上述したように、それぞれ、試料ステージ２のＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５のガタの範囲より大きな値を有する固有値である。
【００３１】
そして、主制御部８は、駆動制御部７に対して、試料ステージ２を現在位置Ｒから一旦位置Ｑに移動させ、次に、位置Ｑから記憶位置Ｐに移動させるように指示する。このことによって、試料ステージ２は記憶位置Ｐを記憶したときにＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５が移動していた方向と概略同じ方向から記憶位置Ｐに移動されることになる。
【００３２】
このように、記憶位置に復帰される場合の試料ステージの動きは、当該記憶位置を記憶するときの試料ステージの動きと概ね同様になるので、記憶位置を記憶するときの駆動機構のガタによる誤差と、試料ステージを当該記憶位置に復帰させるときの駆動機構のガタによる誤差との差異は従来よりも小さくなり、以て試料ステージを高精度に記憶位置に移動させるようにすることができるのである。
【００３３】
なお、試料ステージ２の移動速度が大きすぎると記憶位置をオーバーランしてしまう可能性が大きくなるため、図３において位置Ｑから記憶位置Ｐに移動させる場合は、オーバーランしない程度の速度で移動させるようにし、現在位置Ｒから位置Ｑへ移動する場合は、ある程度オーバーランしても差し支えないので試料ステージ２の最高速度で移動させるようにすればよい。これによって記憶位置に復帰させるまでの時間を短縮することができる。
【００３４】
図３では記憶位置Ｐの駆動状態は図２の▲３▼で示す方向であるとしたが、駆動状態が図２の▲１▼の方向であるときにはＱの位置は（Ｘ_M ＋△Ｘ，Ｙ_M ＋△Ｙ）となり、▲２▼の方向であるときにはＱの位置は（Ｘ_M ＋△Ｘ，Ｙ_M −△Ｙ）となり、▲４▼の方向であるときにはＱの位置は（Ｘ_M −△Ｘ，Ｙ_M ＋△Ｙ）となる。
【００３５】
以上のようであるので、この試料ステージ移動装置によれば、試料ステージ２を記憶された位置に復帰させる場合に、当該記憶位置が記憶された際の試料ステージ２の移動した向きと概略同じ向きに自動的に移動されるので、記憶位置の再現精度が向上する。
【００３６】
また、記憶位置に関する情報として、試料ステージ２の位置に加えて試料ステージ２の駆動状態を記憶させるため、試料ステージ２の位置を記憶させる際に、試料ステージ２の動きを理解する必要がなくなり、操作が極めて容易になり、しかも試料ステージの記憶位置への復帰を高精度に行うことができるものである。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、駆動機構のガタは一種のヒステリシス現象であるため、駆動機構としてピエゾ素子を用いた場合にも本発明を適用することができる。このとき、駆動状態はピエゾ素子に印加する電圧の増減状態から求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る試料ステージ移動装置の一実施形態を示す図である。
【図２】駆動状態を説明する図である。
【図３】図１の構成において、記憶位置Ｐに復帰させる場合の動作を説明するための図である。
【図４】従来の手法において、記憶位置Ａに復帰させる場合の動作を説明するための図である。
【図５】位置を記憶させる場合の試料ステージの移動範囲を説明する図である。
【符号の説明】
１…試料、２…試料ステージ、３…Ｘ軸駆動機構、４…Ｘ軸位置検出器、５…Ｙ軸駆動機構、６…Ｙ軸位置検出器、７…駆動制御部、８…主制御部、９…操作部、１０…メモリ、１１…表示部。

Claims

観察視野を変えるために試料ステージを指示された方向に指示された量だけ移動させると共に、現在観察されている視野の位置における試料ステージの位置が指示されて記憶され、その後に試料ステージを当該記憶位置に戻して再び像観察を行うための試料ステージ移動装置であって、
試料ステージをＸおよびＹ方向に移動させるＸＹ駆動手段と、
指示された前記記憶位置の試料ステージの位置を検出する位置検出手段と、
位置検出手段によって検出された前記指示された像観察のための記憶位置の位置、試料ステージが前記指示された記憶位置へ、直交する４方向の何れの方向から移動してきたかを示す試料ステージ駆動情報を記憶すると共に、現在位置からある記憶位置への復帰が指示された場合には、当該記憶位置の位置と前記試料ステージ駆動情報とに基づき、当該記憶位置が記憶されたときと概ね同じ方向から試料ステージが当該記憶位置に移動するように、さらにその移動にあたっては、前記ＸＹ駆動手段のガタの範囲より大きな距離を試料ステージがＸＹ方向に移動するように、前記ＸＹ駆動手段を制御して試料ステージを移動させる制御手段と
を備えることを特徴とする試料ステージ移動装置。