JP4144980B2 - ステージ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、除振台上で使用されるステージ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶ディスプレイで代表されるフラットパネルディスプレイ(FPD)のガラス基板の欠陥検査には、被検体であるガラス基板をXY方向の2軸に移動可能なステージに載置し、このステージを移動させながら基板表面を顕微鏡などのにより拡大して欠陥の観察を行なうものがある。
【0003】
図8は、このような欠陥検査に用いられるステージ装置の一例を示すもので、支持台1上に空気バネ3aと定盤3bを有する除振台3を配設し、この除振台3上に直交するXY方向の2軸に移動可能なステージ4を搭載し、このステージ4上にガラス基板などの被検体5を載置している。また、除振台3には、アーム状のフレーム6により顕微鏡7をステージ4上の被検体5の上方に位置するように支持し、ステージ4をXY方向に移動させることにより、顕微鏡7による被検体5上の位置を変えながら、被検体5表面を拡大して観察できるようにしている。
【0004】
この場合、ステージ4は、制御装置8により制御されるサーボモータなどの加減速装置9によりボールネジ10を介してXY方向の2軸に移動されるようになっている。ここで、加減速装置9としてサーボモータを用いる場合は、入力装置11より目標移動量、目標速度を制御装置8に入力することで、制御装置8より目標移動量、目標速度にかかる制御信号が加減速装置9に入力され、ステージ4が移動される。
【0005】
なお、ステージ4を全自動制御するものでは、入力装置11に代わってコンピュータなどの予めステージ4の動きがプログラミングされた装置が用いられる。また、装置使用者が顕微鏡7の観察画像を見ながらジョイスティックやボタンなどの入力装置を用いて手動により制御する場合もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなステージ装置によると、加減速装置9によりステージ4を移動する際の、加減速の反力により除振台3が揺動するという問題があった。つまり、ステージ4は、支持台1上に除振台3を介して支持され、床からの振動をステージ4に伝えないようになっているが、除振台3は、定盤3bを空気バネ3aにより弾性的に支持されているため、除振台3上でステージ4が加減速を繰り返すと、この加減速のたびに、その反力により空気バネ3aにより弾性的に支持された定盤3bが揺動することになる。そして、この定盤3bの揺動が大きいと、定盤3b上の顕微鏡7を支持するフレーム6に揺れが伝わり、顕微鏡観察像のぶれの原因になっていた。
【0007】
そこで、従来、除振台の揺動の対策手段として、例えば特開平7−307279号公報に開示されるように、アクティブ除振台を用い、このような除振台の定盤をアクチュエータを用いて制御することで、揺動を抑制するようにしたものが考えられている。
【0008】
しかし、このような手段では、定盤を制御するアクチュエータとその制御系が必要になるため、装置の構成が複雑になりコスト的にも高価なものになるという問題があった。
【0009】
また、別の対策手段として、特開平8−111374号公報に開示されるように、ステージの加減速の反力が除振台に伝わらない形態をとるものも考えられている。この装置では、ステージの加減速駆動装置が取付けられたフレームが除振台とは別体で床に固定されており、これにより加減速時の反力がフレームのみに加わり除振台には加わらないようにして、加減速時の反力による除振台の揺動を防止するようにしている。
【0010】
しかし、このような手段では、ステージの加減速駆動装置が必要になるなど、装置の構成が複雑で、コスト的にも高価なものになり、さらに装置の接地面積も大きくなるという問題があった。
【0011】
さらに、別の対策手段として、特開平10−144601号公報に開示されるように、予めシュミュレーションにより求めたステージの加減速の指令値を用いることにより、除振台の揺動を抑制するようにしたものも考えられている。
【0012】
しかし、このような手段では、指令値が複雑で、除振台の揺動周期の数倍の時間を要するような長ストロークのステージの移動に対応していないなどの問題があった。
【0013】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ステージ加減速の反力による除振台の揺動を効果的に抑制することができるステージ装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、除振台上にステージを載置したステージ装置において、前記ステージを加減速駆動する駆動手段と、前記ステージの目標移動量を規定せずに加減速の開始信号を入力情報として入力する入力手段と、前記入力手段へ入力された加速開始の情報に基づいて前記駆動手段に加速信号を出力するとともに、前記入力手段へ減速開始の情報が入力された後でかつ前記加速信号を出力してからn×T秒(ただし、nは自然数、Tは除振台の固有揺動振動周期[秒])後に、前記加速信号と同波形で方向が逆になる減速信号を出力する制御手段とを具備したことを特徴としている。
【0015】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記入力手段は、ジョイスティックまたはボタンスイッチからなることを特徴ととしてる。
請求項3記載の発明は、除振台上にステージを載置したステージ装置において、前記ステージを加減速駆動する駆動手段と、前記ステージの目標移動速度を入力情報として入力する入力手段と、前記入力手段への入力内容に基づいて前記駆動手段に第1の加速信号を出力するとともに、該第1の加速信号を出力してから(n−0.5)×T秒(ただし、nは自然数、Tは除振台の固有揺動振動周期[秒])後に、前記第1の加速信号と同波形で方向が同じ第2の加速信号を出力する制御手段とを具備したことを特徴としている。
【0016】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、制御手段は、前記除振台の固有揺動振動周期Tに相当する変数Tcを外部より変更可能にし、該変数Tcを前記固有揺動振動周期Tとみなして前記駆動装置を制御することを特徴としている。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記除振台の揺動振動を検出する検出手段を備え、前記制御手段は、前記検出手段で検出された振動振幅に応じて前記変数Tcを調整することを特徴としている。
【0017】
この結果、本発明によれば、入力手段よりステージの目標移動量を入力して移動させるときも、除振台の揺動を効果的に抑えることができる。
【0018】
本発明によれば、入力手段よりステージの目標移動速度を入力して定速移動させるときも、除振台の揺動を効果的に抑えることができる。
【0019】
本発明によれば、揺動台の固有揺動振動周期が未知の場合でも、外部から最適な状態に設定できるので、除振台の揺動を効果的に抑えることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従い説明する。
【0021】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用されるステージ装置の概略構成を示すもので、図8と同一部分には、同符号を付している。
【0022】
この場合、入力装置11は、制御装置8にステージ4の目標移動量を入力情報として入力するもので、手動により目標移動量を入力するもの、あるいは予めプログラミングされたコンピュータなどが用いられる。
【0023】
制御装置8は、特定のものに限定されるものではないが、例えば、加減速装置9をなすサーボモータのドライバ、このドライバを制御するコンピュータにより構成されている。また、制御装置8は、入力装置11よりステージ4の目標移動量を入力されると、ステージ4の加速度の大きさを演算する。この場合、予め、任意の加速信号を出力し始めてからn×T秒後に、加速信号と同波形で方向が逆になる減速信号を出力した時のステージ4の移動量を計算または実測により調べておき(ここで、nは自然数、Tは除振台3の固有揺動振動周期[秒])、このときの加速信号の大きさをA0、ステージ4の移動量をD0とすると、実際に、入力装置11よりステージ4の目標移動量D1が入力されると、
A1=(D1/D0)×A0…(1)
よりステージ4の加速信号A1を求めるようになっている。
【0024】
このような構成において、いま、入力装置11よりステージ4の目標移動量D1が入力されると、制御装置8は、上述した(1)式よりステージ4の加速信号A1を演算により求める。図2(A’)は、この加速信号A1を拡大して図示したものである。加速信号A1は、図2(A)に示すタイミングで加減速装置9に与えられ、ステージ4は、同図(B)に示すように加速され、同図(C)に示すように移動される。
【0025】
ステージ4が加速信号A1により加速を始めると、その反力により除振台3が同図(D)に示すように揺動を始め、同図(E)に示すように加速される。このときの除振台3の揺動は、固有の揺動振動周期Tである。
【0026】
その後、同図(A)に示す加速信号A1を出力してからn×T秒後(ここでは、n=1であるT秒後)に制御装置8より加速信号A1と同波形で方向が逆になる減速信号A1’を出力する。すると、ステージ4は、減速を始めるが、このときの減速信号A1’は、加速信号A1と同波形で方向が逆なので、図2(B)に示すようにステージ4は、停止の方向に移行する。
【0027】
一方、ステージ4の減速により、反力が除振台3に加えられるが、この反力が加えられるのは、同図(F)に示すように除振台3の運動量がステージ4の移動方向と逆向きの極大値A2を取るときである。これにより、除振台3の運動量は、ステージ4の減速時の反力により効率的に相殺され、同図(D)に示すように揺動を抑制することができるようになる。
【0028】
ちなみに、図3(A)〜(F)は、本発明の考えを取り入れない場合の、ステージ4および除振台3の図2(A)〜(F)示す図に対応するもので、特に、図2(D)と図3(D)を比較すると除振台3の揺動が大幅に抑制されていることが理解できる。
【0029】
従って、このようにすれば、入力装置11よりステージ4の目標移動量を入力情報として入力するのみで、この入力情報に基づいて制御装置8より加減速装置9に加速信号を出力するとともに、加速信号を出力してからn×T秒後に、加速信号と同波形で方向が逆になる減速信号を出力するようにしたので、除振台3の運動量は、ステージ4の減速時の反力により効率的に相殺されるようになり、除振台の揺動を効果的に抑えることができる。
【0030】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を説明するが、ここでのステージ装置の概略構成は、図1と同様なので、同図を援用するものとする。
【0031】
この場合、入力装置11は、ジョイスティックやボタンによりステージ4を移動させる場合を想定している。例えば、ボタンの場合、ボタンを押すとステージ4が移動を始め、ボタンを離すとステージ4の移動が停止するような機能を持たせている。そして、このときのボタン操作が、制御装置8に加減速の開始信号として与えられるようになっている。また、制御装置8は、入力装置11のボタンが押されると、入力信号を立ち上げるとともに、この信号の立上がりをトリガにして、除振台3の揺動振動周期Tのパルスを発生し、その後、入力装置11のボタンが離されると、入力信号を立ち下げるようにしている。
【0032】
このような構成において、まず、入力装置11のボタンが押されると、制御装置8は、図4(A)に示すように入力信号B1を立ち上げるとともに、この信号の立上がりをトリガにして、同図(B)に除振台3の揺動振動周期TのパルスB2を発生させ、同時に同図(C)に示すように加速信号B3を出力し、ステージ4の加速を開始させる。
【0033】
この状態で、入力装置11のボタンが離されると、同図(A)に示すように入力信号B1が立ち下がる。すると、この入力信号B1が立ち下りの信号がトリガされてから最初にパルスB2が立ち上がるタイミングでトリガをかけて同図(C)に示す減速信号B4を出力する。
【0034】
これにより、加速信号B3が出力されてからn×T秒後に減速信号B4を出力できるようになるが、この減速信号B3は、加速信号B3と同波形で方向が逆になっていて、同図(F)に示すように除振台3の運動量がステージ4の移動方向と逆向きの極大値B5を取るときに出力されるので、ステージ4の減速の反力は、効果的にステージ4の運動量を相殺するようになり、同図(D)に示すように除振台3の揺動は、破線で示した本発明の考えを取り入れない従来例に比べて、効果的に抑制することができる。
【0035】
従って、このようにすれば、入力装置11としてジョイスティックやボタンを用いて、ステージ4を移動させる場合も、ステージ4を移動させる際の除振台3の揺動を効果的に抑えることができる。
【0036】
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態を説明するが、ここでのステージ装置の概略構成は、図1と同様なので、同図を援用するものとする。
【0037】
この場合、入力装置11は、ステージ4の目標移動速度を入力情報として入力するもので、ステージ4を定速で移動する場合に用いられる。つまり、ステージ4を定速で長いストロークにわたって移動し、ステージ4上の被検体5を観察、測定する場合に用いられる。
【0038】
このような構成において、入力装置11によりステージ4の目標移動速度を制御装置8に入力すると、制御装置8は、ステージ4の加速信号の大きさを演算する。ここでの演算は、第1の実施の形態で説明したように、任意の加速波形で到達する速度を予め計算、実測により調べておき、その大きさを調整することで求めている。また、この場合のステージ4の目標移動速度は、図5(A)に示すように同じ波形の加速信号により2回加速することで得られるようにしており、加速信号の大きさは、目標移動速度の半分の速度まで加速するのに必要な大きさとしている。
【0039】
この状態から、制御装置8が目標速度の半分の速度まで加速する第1の加速信号C1を出力すると、同図(B)に示すようにステージ4は、目標移動速度の半分の速度まで加速される。制御装置8は、第1の加速信号C1を出力してから(0.5−n)×T秒後に第1の加速信号C1と同じ波形の第2の加速信号C2を出力する。この第2の加速信号C2によりステージ4は、目標移動速度に到達する。
【0040】
この場合、第1の加速信号C1によりステージ4を加速すると,同図(C)に示すように,その反力により除振台3が揺動を開始する。そして、第1の加速信号C1が出力されてから(n−0.5)×T秒後(図5ではn=1で0.5T秒後)に第2の加速信号C2が出力されるが、この第2の加速信号C2は、図5(E)に示すように除振台3の運動量がステージ4の移動方向と同方向の極大値C3をとるときに出力されるようになり、第2の加速信号C2による反力は,除振台3の運動量を相殺し、同図(C)に示すように除振台3の揺動は、破線で示した本発明の考えを取り入れない従来例に比べ、効果的に抑制することができる。
【0041】
従って、このようにすれば,入力装置11よりステージ4の目標移動速度を入力して定速移動させるときも、除振台3の揺動を効果的に抑えることができる。
【0042】
(第4の実施の形態)
上述した第1乃至第3の実施の形態では、除振台3の揺動振動周期Tが既知の場合を説明したが、この第4の実施の形態では、揺動振動周期Tが未知の場合で、手動で調整することが可能なステージ装置を示している。
【0043】
図6は、本発明の第4の実施の形態の概略構成を示すもので、図8と同一部分には、同符号を付している。
【0044】
この場合、入力装置21は、制御装置22にステージ4の目標移動量を入力情報として入力するもので、手動で目標移動量を入力するものでも,あらかじめブログラミングされたコンピュータでも、目標移動量を制御装置に入力する機能を持つものであればかまわない。制御装置22は、特定のものに限定されるものではないが、例えば、加減速装置9をなすサーボモータのドライバ、このドライバを制御するコンピュータを有している。また、制御装置22は、除振台3の揺動振動周期Tに相当する変数Tcを外部より変更可能にしている。
【0045】
制御装置22には、調整装置23を接続している。この調整装置23は、未知である除振台3の揺動振動周期Tに相当する制御装置22の変数Tcを手動により任意に変更するためのものである。また、顕微鏡7には、CCDカメラ24を設けていて、顕微鏡7を介して取込んだ被検体の観察像をCCDカメラ24で撮像し、モニタ25に表示するようにしている。
【0046】
このような構成において、制御装置22内の変数Tcを除振台3の揺動振動周期Tとしてステージ4を駆動すると、ステージ4の駆動とともに除振台3が揺動振動し、これにより顕微鏡7もステージ4とともに加振され,鏡観察像を表示するモニタ25上の観察像が振動する。
【0047】
観察者は、モニタ25の観察像の振動状態を見ながら、この振動が小さくなるように、調整装置23により,制御装置22内の変数Tcの調整を行ない、最適な変数Tcを設定し、この変数Tcを除振台3の揺動振動周期Tとみなして上述した第1乃至第3の実施の形態で述べたと同様なステージ4の制御を行なう。
【0048】
ここでは,観察像の振動をみながら制御装置22内の変数Tcを調整しているが,図示しない振動計を除振台3に設けて、その振動計の振動波形をみながら調整することも可能である.
従って、このようにすれば、除振台3の揺動振動周期Tが未知であっても、顕微鏡観察像の振動をみながら制御装置内の変数Tcを調整することで、最適な変数Tcを設定できるようになるので,除振台3の揺動を効果的に抑えることができる。
【0049】
(第5の実施の形態)
第1乃至第3の実施の形態は、除振台3の揺動振動周期Tが既知の場合を説明し、第4の実施の形態では揺動振動周期Tが未知の場台で手動により入力するものについて述べたが、この第5の実施の形態では、除振台3の揺動振動周期Tが未知の場合に自動で揺動振動周期Tを調整できるようにしている。
【0050】
図7は、本発明の第5の実施の形態の概略構成を示すもので、図6と同一部分には、同符号を付している。
【0051】
この場合、入力装置21は、制御装置22にステージ4の目標移動量を入力情報として入力するもので、手動で目標移動量を入力するものでも,あらかじめブログラミングされたコンピュータでも、目標移動量を制御装置22に入力する機能を持つものであればかまわない。
【0052】
ステージ4を支持する除振台3には振動計31を取付けている。この振動計31は、除振台3の揺動振動を検出するものである。つまり、振動計31は、除振台3の揺動振動を検出し,振動信号を制御装置22に出力するようにしている。
【0053】
制御装置22は、特定のものに限定されるものではないが、例えば、加減速装置9をなすサーボモータのドライバ、このドライバを制御するコンピュータを有している。また、制御装置22は、除振台3の揺動振動周期Tに相当する変数Tcを外部より変更可能に構成されていて、振動計31により検出された振動振幅に応じた信号により変数Tcを調整可能になっている。
【0054】
このような構成において、制御装置22内の変数Tcを除振台3の揺動振動周期Tとしてステージ4を駆動すると、ステージ4の駆動とともに除振台3が揺動振動し、この時の振動振幅が振動計31により検出される。そして、振動計31により検出された振動振幅に応じた信号が制御装置22に取り込まれると、制御装置22は変数Tcを変えながら、さらに振動振幅を取り込み、振動振幅が最小となる変数Tcを探し出し、この変数Tcを除振台3の揺動振動周期Tとみなして上述した第1乃至第3の実施の形態で述べたと同様なステージ4の制御を行なう。
【0055】
従って、このようにすれば、除振台3の揺動振動周期Tが未知であっても、振動計31からの振動振幅に応じて制御装置内の変数Tcを最適なものに調整することができるので、除振台3の揺動を効果的に抑えることができる。
【0056】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ステージ加減速の反力による除振台の揺動を効果的に抑制することができるステージ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態の動作を説明するための図。
【図3】第1の実施の形態の動作を説明するための図。
【図4】本発明の第2の実施の形態の動作を説明するための図。
【図5】本発明の第3の実施の形態の動作を説明するための図。
【図6】本発明の第4の実施の形態の概略構成を示す図。
【図7】本発明の第5の実施の形態の概略構成を示す図。
【図8】従来のステージ装置の一例の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…支持台
3…除振台
3a…空気バネ
3b…定盤
4…ステージ
5…被検体
6…フレーム
7…顕微鏡
8…制御装置
9…加減速装置
10…ボールネジ
11…入力装置
21…入力装置
22…制御装置
23…調整装置
24…CCDカメラ
25…モニタ
Claims (5)
- 除振台上にステージを載置したステージ装置において、
前記ステージを加減速駆動する駆動手段と、
前記ステージの目標移動量を規定せずに加減速の開始信号を入力情報として入力する入力手段と、
前記入力手段へ入力された加速開始の情報に基づいて前記駆動手段に加速信号を出力するとともに、前記入力手段へ減速開始の情報が入力された後でかつ前記加速信号を出力してからn×T秒(ただし、nは自然数、Tは除振台の固有揺動振動周期[秒])後に、前記加速信号と同波形で方向が逆になる減速信号を出力する制御手段と
を具備したことを特徴とするステージ装置。 - 前記入力手段は、ジョイスティックまたはボタンスイッチからなることを特徴とする請求項1記載のステージ装置。
- 除振台上にステージを載置したステージ装置において、
前記ステージを加減速駆動する駆動手段と、
前記ステージの目標移動速度を入力情報として入力する入力手段と、
前記入力手段への入力内容に基づいて前記駆動手段に第1の加速信号を出力するとともに、該第1の加速信号を出力してから(n−0.5)×T秒(ただし、nは自然数、Tは除振台の固有揺動振動周期[秒])後に、前記第1の加速信号と同波形で方向が同じ第2の加速信号を出力する制御手段と
を具備したことを特徴とするステージ装置。 - 制御手段は、前記除振台の固有揺動振動周期Tに相当する変数Tcを外部より変更可能にし、該変数Tcを前記固有揺動振動周期Tとみなして前記駆動装置を制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のステージ装置。
- 前記除振台の揺動振動を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段で検出された振動振幅に応じて前記変数Tcを調整することを特徴とする請求項4記載のステージ装置。
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