JP5281024B2 - Sample stage and electron microscope apparatus using the same stage - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that a plurality of braking mechanisms employed for positioning a sample stage each have different gaps, and if the same drive command is issued to respective braking mechanisms, braking forces produced by the respective braking mechanisms differ, resulting in a positional deviation of the sample stage. <P>SOLUTION: An actuator 301 of each of the plurality of braking mechanisms is driven by a predetermined drive command. While the actuator is being driven, a state difference Vba in the predetermined drive command among the braking mechanisms, when a brake pad 307 of each braking mechanism 125a contacts a braked surface 124u, is obtained based on a contact sensing output from a sensing mechanism for each braking mechanism 125a. Based on the obtained state difference Vba in the predetermined drive command, a final drive command Vat, ... corresponding to the drive state of the actuator 301 while a brake is in operation is decided for each braking mechanism. The actuator 301 of each braking mechanism 125a is driven by the decided final drive command of the corresponding braking mechanism. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

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。   The present invention particularly relates to a sample stage and an electron microscope apparatus using the stage, which are suitable for use in semiconductor inspection and evaluation in the field of semiconductor manufacturing.

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。   With the recent miniaturization of semiconductor elements, not only manufacturing apparatuses but also inspection and evaluation apparatuses are required to have high precision corresponding thereto. Along with this, a scanning electron microscope having a length measuring function (hereinafter referred to as a length measuring SEM) is usually used to evaluate whether or not the shape dimension of the pattern formed on the semiconductor wafer is correct. ing.

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。   In the length measurement SEM, an electron beam is irradiated onto the wafer, the obtained secondary electron signal is subjected to image processing, and the edge of the pattern is discriminated from the change in brightness to derive the dimension. Therefore, in order to cope with the miniaturization of the semiconductor element as described above, it is important to obtain a secondary electron image with less noise at a high observation magnification. Therefore, in the length measurement SEM, it is necessary to improve the contrast by overlaying several secondary electron images, and the sample stage that holds and holds the wafer is required to suppress vibration and drift on the nanometer order. Is done.

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。   In order to suppress such vibration and drift, there is a technique (see Patent Document 1 and Patent Document 2) in which a sliding member (sliding brake) is attached to a sample stage to increase mechanical rigidity against vibration or the like. However, when a sliding member is used, the positioning of the sample stage is delayed because the frictional force of the sliding member prevents the movement of the sample stage when the sample stage is moved. Furthermore, the heat generated by the friction of the sliding member during the movement of the sample stage has also become a factor in causing drift due to thermal contraction of the member. As a technique for suppressing such drift due to frictional heat during movement, there is a technique (Patent Document 3) in which contact and release of a sliding member are controlled by an actuator.

USP5314254号(図5、図6、図10、図11)USP 5314254 (FIGS. 5, 6, 10, and 11) 特開2002−184339号公報(図4、図5)JP 2002-184339 A (FIGS. 4 and 5) 特開2001−196021号公報(図2、図3)JP 2001-196021 A (FIGS. 2 and 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。   By the way, when the brake mechanism for contacting / releasing such a sliding member is configured on the sample stage, the brake structure that presses and sandwiches one brake rail with two brake mechanisms or the moving axis of the sample stage A brake structure that presses two brake rails installed symmetrically with each brake mechanism can be configured.

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。   However, sliding between the sliding member contact surface of the brake mechanism (hereinafter referred to as the brake braking surface) and the brake rail due to a minute unevenness caused by processing accuracy on the sliding member contact surface of the brake rail. The distance between the member contact surface (hereinafter referred to as the brake brake surface), that is, the gap, varies by a minute amount depending on the brake movement position on the brake rail. As a result, if the same drive command is output to each brake mechanism, the magnitude of the force acting on the brake rail differs between the brake mechanisms, resulting in sample stage displacement and drift. There's a problem.

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。   In order to prevent such displacement and drift from occurring on the sample stage, it is necessary to measure the gap at each moving position on the brake rail for each brake mechanism and output a drive command for the brake mechanism that matches the gap. There is. However, it is difficult to accurately measure the gap between the brake braking surface and the braked surface during movement of the sample stage. In consideration of the effects of changes in the brake mechanism and brake rail over time, the drive command in accordance with the gap to the brake mechanism needs to be periodically adjusted in consideration of the influence of changes in the time.

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。   Therefore, according to the present invention, when positioning the sample stage, an optimal brake drive command with little sample stage position shift is applied to the brake mechanism according to the gap difference between each of the brake mechanisms and the brake target surface. It is an object of the present invention to provide a sample stage that can be given individually and does not require measurement of a brake gap or periodic adjustment of a drive command, and an electron microscope apparatus using the stage.

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。   The sample stage and the electron microscope apparatus according to the present invention include a movable table that is movably held along a guide mechanism, a moving mechanism that moves the movable table to an indicated position along the guide mechanism, and a braked surface. A sample stage having a brake pad that contacts or separates in response to the drive of the actuator and brakes the movable table, and is provided in each of the plurality of brake mechanisms. After the movable table is moved to the indicated position along the guide mechanism and stopped by the detecting means for detecting contact with the braking surface and immediately before stopping, the actuators of the plurality of brake mechanisms are driven. And a control device that operates a plurality of brake mechanisms, and the control device, when operating the plurality of brake mechanisms, The actuators of each of the brake mechanisms are driven by a predetermined drive command for bringing the brake pad into contact with the brake target surface, and a plurality of actuators are driven during driving of the actuators of the plurality of brake mechanisms based on the predetermined drive command Based on the detection output output from the detection means of each of the brake mechanisms, the state difference of the predetermined drive command between the plurality of brake mechanisms when the brake pads of each of the plurality of brake mechanisms contact the brake target surface is calculated. The final drive command corresponding to the drive state of the actuator at the time of the brake operation is determined for each of the plurality of brake mechanisms, and the actuators of the plurality of brake mechanisms are Drive according to the final drive command of the corresponding brake mechanism determined And features.

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。   According to the present invention, the sample stage can be positioned with high accuracy. Further, it is possible to provide a sample stage for realizing high-precision measurement with little vibration and drift when the sample is moved, and an electron microscope apparatus using the stage.

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。It is a block diagram of the stage mechanism of the sample stage which concerns on one Embodiment of this invention. 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。It is the schematic which shows the attachment position of each brake mechanism each provided in X table and Y table. 図1及び図2に示したブレーキ機構の構成図である。It is a block diagram of the brake mechanism shown in FIG.1 and FIG.2. 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。It is a block diagram of the Example of the detection mechanism provided in the brake mechanism which detects contact with a brake pad and a brake rail. 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。It is the graph which showed the relationship of the expansion | extension amount with respect to the magnitude | size of the drive voltage of a piezoelectric actuator. 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。It is a graph which shows one Example of the predetermined drive command supplied to a piezo actuator. 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。FIG. 7 is an explanatory diagram of the relationship between the drive voltage of each piezo actuator and the extended state when a predetermined drive command voltage shown in FIG. 6 is applied to each piezo actuator of each brake mechanism. 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。It is a flowchart which shows the brake control process of the stage mechanism which concerns on a present Example. 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。It is a position time response waveform schematically showing the relationship between the stage positioning state in the length measurement SEM and each process in the length measurement sequence. 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。1 is a diagram illustrating a schematic overall configuration of a length measurement SEM system according to an embodiment of the present invention. 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。It is a flowchart which shows an example of the control processing of the length measurement SEM which consists of one Embodiment of this invention.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11.

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。
FIG. 1 is a configuration diagram of a stage mechanism of a sample stage according to an embodiment of the present invention.
The stage mechanism 10 positions a sample holder 133 on which a semiconductor wafer (not shown) is mounted at an arbitrary coordinate position on the XY coordinate system shown in FIG. In the illustrated example, the stage mechanism 10 has the following configuration.

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。   A Y base 110 is fixed on the base 100, and a Y guide 111 is provided on the Y base 110 as a guide mechanism for moving and guiding the top table 130 including the sample holder 133 along the Y direction. . In the illustrated example, the Y guide 111 is fixedly arranged on the upper surface of the Y base 110, one at each of the central portion (not shown) in the X direction and the both ends thereof, for a total of three guide rails 111 ′. Consists of. Each guide rail 111 'is parallel to each other and extends along the Y direction. The Y table 112 is supported by the three guide rails 111 ′ so as to be movable on the Y base 110 in the Y direction. On the other hand, the Y table 112 is restrained from moving in the X direction on the Y base 110 by the Y guide 111.

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。   The Y base 110 is provided with a Y brake rail 114 for stopping and holding the Y table 112 movable in the Y direction with respect to the Y base 110. The Y brake rails 114 are fixed to both ends of the Y base 110 in the X direction and extend in the Y direction. On both ends of the Y table 112 in the X direction, a Y brake mechanism 115 that constitutes a brake mechanism in the Y direction together with the Y brake rail 114 is fixed with a brake pad to be described later facing the Y brake rail 114. .

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。   Further, the Y table 112 is moved to an arbitrary position in the Y direction with respect to the Y base 110 between the X direction end of the Y base 110 and the corresponding X direction end of the Y table 112. A Y linear motor 113 is provided. Each Y linear motor 113 has a configuration in which a movable element 113m is engaged with a shaft-shaped stator 113s supported by a support 113f. Each Y linear motor 113 is constituted by a shaft motor, for example, and its stator 113s is a shaft formed by connecting a plurality of permanent magnets having the same poles joined together, and the mover 113m is a shaft. The slider has an electromagnetic coil that fits loosely. Each Y linear motor 113 is fixed to the base 100 or the Y base 110 with the extending direction of the shaft whose support 113f is the stator 113s being the Y direction, and the movable element 113m is at the end of the Y table 112 in the X direction. It has a fixed configuration. Each Y linear motor 113 changes the magnetic pole of the electromagnetic coil of the mover 113m to apply thrust or braking force to the mover 113m with the permanent magnet of the stator 113s, and the mover 113m and thus the Y table 112. Can be moved to an arbitrary position in the Y direction. In FIG. 1, the Y linear motor 113 is provided at each of both ends in the X direction of the Y table 112, but these are provided only at one of the X direction ends if there is a necessary thrust or braking force. The provided structure may be sufficient.

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。   Further, on the upper surface of the Y table 112, an X sub guide 116 is provided as a guide mechanism in the X direction orthogonal to the Y direction of the top table 130 on which the sample holder 133 is provided. The X sub guide 116 has a configuration in which two guide rails 116 ′ are provided in parallel to each other and extend in the X direction, one at each end in the Y direction of the Y table 112.

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。   The X sub guide 116 is engaged with an X sub table (not shown in FIG. 1) provided on the lower surface of the top table 130. The X sub-table is integrally connected to the lower surface side of the top table 130. Accordingly, the X sub table and the top table 130 are restrained from moving in the Y direction relative to the Y table 112 by the X sub guide 116, and are allowed to move in the X direction along the X sub guide 116.

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。   Similarly, the X base 120 is fixedly provided on the base 100 so as to be positioned at both ends of the Y base 110 in the Y direction. Each X base 120 is provided with an X guide 121 as a guide mechanism for moving and guiding the top table 130 provided with the sample holder 133 along the X direction. In the illustrated example, the X guide 121 includes a guide rail 121 ′ that is fixedly disposed on the upper surface of the X base 120 and extends along the X direction.

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。   The X table 122 is supported by the guide rail 121 ′ of each X base 120 so as to be movable in the X direction on the X base 120. On the other hand, the X table 122 is restrained from moving in the Y direction on the X base 120 by the X guide 121.

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。   Each X base 120 is provided with an X brake rail 124 for stopping and holding the X table 122 movable in the X direction with respect to the X base 120. The X brake rail 124 extends in the X direction. An X brake mechanism 125 that constitutes a brake mechanism in the X direction together with the X brake rail 124 is fixed to both ends of the X table 122 in the Y direction so that a brake pad, which will be described later, faces the X brake rail 124. .

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。   Further, an X linear motor 123 for moving the X table 122 to an arbitrary position in the X direction with respect to the X base 120 is provided between each X base 120 and the corresponding Y direction end of the X table 122. Each is provided. Each X linear motor 123 is configured such that a movable element 123m is engaged with a shaft-shaped stator 123s supported by a support 123f. Each X linear motor 123 is constituted by, for example, a shaft motor, and its stator 123s is a shaft formed by connecting a plurality of permanent magnets having the same poles joined together, and the mover 123m is a shaft. The slider has an electromagnetic coil that fits loosely. Each X linear motor 123 is fixed to the base 100 or the X base 120 with the extending direction of the shaft whose support 123f is the stator 123s being the X direction, and the mover 123m is attached to the end of the X table 122 in the X direction. It is fixed. Each X linear motor 123 changes the magnetic pole of the electromagnetic coil of the mover 123m to apply a thrust or a braking force to the mover 123m with the permanent magnet of the stator 123s. Can be moved to an arbitrary position in the X direction. In FIG. 1, the X linear motor 123 is provided at each of both ends in the Y direction of the X table 122, but these are provided only at one end in the Y direction if there is a necessary thrust or braking force. The provided structure may be sufficient.

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。   Further, on the upper surface of the X table 122, a Y sub guide 126 is provided as a guide mechanism in the Y direction perpendicular to the X direction of the top table 130 on which the sample holder 133 is provided. The Y sub guide 126 has a configuration in which two guide rails 126 ′, one on each side in the X direction of the X table 122, extend in the Y direction in parallel with each other.

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。   The Y sub guide 116 is engaged with a Y sub table (not shown in FIG. 1) provided on the lower surface of the top table 130. The Y sub table is integrally connected to the lower surface side of the top table 130, and the Y sub table and the top table 130 are restrained from moving in the X direction with respect to the X table 122 by the Y sub guide 126. Linear movement in the Y direction along the Y sub guide 126 is allowed.

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。   Further, the X table 122 is formed with a long hole 127 extending in the Y direction through which the aforementioned X sub guide provided on the lower surface of the top table 130 passes. As a result, the X sub guide and the top table 130 can move in the long hole 127 along the longitudinal direction (Y direction) independently of the X table 122.

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。   In the stage mechanism 10, the X table 122 and the Y table 112 move along the corresponding X guide 121 and Y guide 111, respectively, so that the top table 130 can be two-dimensionally moved in the X direction and the Y direction. On the top table 130, a fixed mirror (X mirror 131, Y mirror 132) for measuring the two-dimensional movement position with a laser interferometer (not shown), and a sample holder 133 on which the sample is placed. Is provided.

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。   In the configuration of the stage mechanism 10 described above, the linear motor is configured by a shaft motor in which a plurality of permanent magnets are connected to the stator and the mover is configured by an electromagnetic coil. A shaft motor in which a plurality of electromagnetic coils are connected in series and the mover is formed of a permanent magnet may be used. Further, the linear motor itself is not limited to the shaft motor, and any linear motor may be used as long as the linear motor is provided.

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。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the mounting positions of the brake mechanisms provided on the X table and the Y table, respectively.

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。   The stage mechanism 10 engages with each of the X table 122 and the Y table 112 by moving and displacing the X table 122 and the Y table 112 with respect to the X direction and the Y direction as indicated by broken arrows in the figure. The top table 130 is positioned at an arbitrary coordinate position on the XY coordinates. The positioning is performed by thrust / brake control of each of the X linear motor 123 and Y linear motor 113 and operation control of each of the X brake mechanism 125 and Y brake mechanism 115.

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。   As described in FIG. 1, the stage mechanism 10 includes an X brake mechanism 125 corresponding to both ends 122 a and 122 b in the Y direction of the X table 122, and a Y brake mechanism 115 corresponding to both ends in the X direction of the Y table 112. Corresponding to each of 112a and 112b, a total of four brake mechanisms 125a, 125b, 115a and 115b are provided as shown in FIG. Each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b pushes the brake rails 124a, 124b, 114a, 114b by moving the brake pads forward and backward with respect to the brake rails 124a, 124b, 114a, 114b in response to the displacement of the actuator. Thus, the braking force is generated or the generated braking force is released. A piezo actuator 301 is used as the actuator, and the braking force can be controlled by adjusting the magnitude of the voltage applied to the piezo element.

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。   3 is a configuration diagram of the brake mechanism shown in FIGS. 1 and 2, FIG. 3 (a) is a front view of the brake mechanism viewed in a direction orthogonal to the moving direction of the table, and FIG. FIG. 5 is a side view of the brake mechanism as viewed in the moving direction of the table. Here, the configuration of the brake mechanism 125a will be described in detail by way of example, but the configuration of the other brake mechanisms 125b, 115a, and 115b is the same as the configuration of the brake mechanism 125a, and thus the description thereof is omitted.

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。   In FIG. 3, a piezo actuator 301 has a stacked piezo element (not shown) mounted therein, and a tip 301t extends in the axial direction by applying a voltage to the piezo element. . The piezoelectric actuator 301 is integrally assembled to a mounting portion (not shown) formed on the holder 302 by a fixing bolt (not shown).

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。   The holder 302 is attached to the bottom surface of the X table 122. The holder 302 is attached with a link lever 303 for converting the axial displacement of the tip portion 301t of the piezo actuator 301 into the advance and retreat of a brake pad 307 described later. A shaft hole 302p is formed in the link lever 303, and one end side 305a of the shaft 305 is incorporated into the shaft hole 302p via a sleeve 304, and the link lever 303 and the shaft 305 are integrally engaged. . On the other hand, the other end 305b of the shaft 305 is engaged with a bearing 306 of a holder 302 that is incorporated in advance, and the link lever 303 and the shaft 305 can be integrally rotated by the bearing 306. It is supported by.

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。   The link lever 303 has a contact portion 303 a that contacts the tip portion 301 t of the piezo actuator 301 around the shaft 305, and an attachment portion 303 b to which the brake pad 307 is attached. A constant urging force (moment) is applied to the link lever 303 in the direction of arrow A by a spring (not shown) so that the contact portion 303a is always in contact with the tip portion 301t of the piezo actuator 301 and is not separated. It has become. As a result, the contact portion 303a of the link lever 303 and the tip portion 301t of the piezo actuator 301 are always in contact with each other, the drive voltage is not applied to the piezo actuator 301, and the tip portion 301t of the piezo actuator 301 retracts. However, the contact portion 303 a of the link lever 303 is in contact with the tip portion 301 t of the piezo actuator 301. In the link lever 303, the length L2 to the other end side where the attachment portion 303b is formed is longer than the length L1 to the one end side where the contact portion 303a is formed, with the shaft 305 as the center. The displacement of the tip 301t of the piezo actuator 301 can be amplified by the mounting portion 303b and taken out. In addition, a bracket 312 for attaching the brake pad 307 with the pad body 308 facing the brake rail 124 is fixed to the attachment portion 303b of the link lever 303.

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。   The brake pad 307 includes a pad main body 308 that abuts on the surface of the brake rail 124 to generate a braking force, and a pad holder 309 that is connected and fixed to the bracket 312 and integrally holds the pad main body 308. The pad main body 308 is made of, for example, SUS (stainless steel), and the surface shape (brake braking surface shape) has a curved shape with a central portion protruding from the peripheral portion. Further, a bolt hole for fastening a fixing bolt to the pad holder 309 is formed on the back surface.

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。   On the other hand, the pad holder 309 has a recessed structure on the mounting side surface of the pad main body 308, and a leaf spring 310 in which a fixing bolt insertion hole is formed is engaged with the periphery of the recessed portion. A compression spring 311 is interposed and supported in a space formed between the bottom surface of the recess.

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。   The brake pad 307 brings the back surface of the pad body 308 into contact with the leaf spring 310 of the pad holder 309 so that the support force of the pad body 308 by the leaf spring 310 and the compression spring 311, that is, the support force by the pad holder 309 becomes constant. Thus, it is connected to the pad holder 309 by the fixing bolt.

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。   The brake pad 307 configured by an integral structure of the pad main body 308 and the pad holder 309 is assembled and fixed to the bracket 312 on the attachment portion 303b side of the link lever 303 by a fixing bolt (not shown).

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。   In addition, the brake mechanism 125 a is attached to the X table 122 as shown in FIG. 3 using an attachment bolt hole (not shown) provided in the holder 30. At this time, the brake mechanism 125a has a minute gap between the brake braking surface (contact surface) of the pad main body 308 and the brake braked surface 124u of the X brake rail 124 in a state where no driving voltage is applied to the piezo actuator 301. The brake pad 307 is assembled and fixed to the bracket 312. Thus, when the brake mechanism 125a is braked off, there is a gap between the brake braking surface of the pad main body 308 and the braked surface 124u of the X brake rail 124, and the brake pad 307 is connected to the X brake rail 124. The pad main body 308 of the brake pad 307 is not dragged to the X brake rail 124 when the X table 122 moves in a non-contact state with respect to the brake target surface 124u.

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。   In each of the brake mechanisms configured as described above, the X-axis brake mechanisms 125a and 125b generate a braking force against the displacement of the X table 122 in the X direction, and the Y-axis brake mechanisms 115a and 115b are the Y table. A braking force is generated for the displacement of 112 in the Y direction. At that time, in both the X-axis and Y-axis brake mechanisms, the generation direction of thrust (details will be described later) generated in brake mechanisms 125a and 115a provided on one end side of the corresponding table, and the other The direction of thrust generation is as shown by the solid arrows in FIG. 2 so that the directions of thrust generation in the brake mechanisms 125b and 115b provided on the end sides of the two are opposite to each other. It is installed with the opposite.

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。   As described above, the two brake mechanisms 125a and 125b (115a and 115b) provided on the both end sides of the table 122 (112) with respect to the moving direction of the table 122 (112) for the X axis and the Y axis, respectively. By making the thrusts in opposite directions along the moving direction of the table 122 (112), the magnitudes of the thrusts are balanced with each other, and the brake braking force is applied thereon, so that the stop position of the top table 130 does not shift. . The generation principle of the brake braking force and thrust will be described later.

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。   With the above structure, each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b responds to the forward / backward displacement of the tip portion 301t based on ON / OFF of the drive voltage to the piezo actuator 301, and the link lever 303 is As shown by B, the shaft 305 is rotated and displaced in the counterclockwise / clockwise direction around the shaft 305. This rotational displacement of the link lever 303 is converted to a contact displacement or separation displacement of the pad body 308 of the brake pad 307 with respect to the braked surfaces 124u, 114 of the brake rails 124, 114 via the bracket 312. . Thus, if each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b independently applies a drive voltage (ON) to the piezo actuator 301, the pad body 308 causes the brake braked surfaces 124u, When 114u is pressed and the drive voltage to the piezo actuator 301 is cut off (OFF), the pad body 308 is separated from the braked surfaces 124u, 114u of the corresponding brake rails 124, 114. Further, in this way, when the pad body 308 is brought into contact with or separated from the brake braking surfaces 124u and 114u of the brake rails 124 and 114, the displacement of the tip portion 301t generated by the piezo actuator 301 is changed to the link lever. The displacement is increased to the amount multiplied by the lever ratio (L2 / L1) by 303 and converted to the displacement of the pad body 308 of the brake pad 307 with respect to the brake rails 124 and 114.

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。   From such a structure of each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b, as shown in FIG. 3, the brake rail 124 by the brake pad 307 when the brake mechanism 125a is operated (when a drive voltage is applied to the piezoelectric actuator 301). The pressing force 313 against the surface acts on the surface of the brake rail 124a, that is, the normal line P of the braked surface 124u with an inclination of a predetermined angle θ. Therefore, with respect to the pressing force 313 applied to the brake rail 124a by the brake pad 307, the vertical component force 314 in the normal direction of the braked surface 124u and the horizontal surface within the surface of the braked surface 124u according to the predetermined angle θ. It is decomposed into a component force 315. That is, by applying the vertical component force 314 in the normal direction to the X table 122 to which the brake mechanism 125a is attached, the table 122 to which the brake mechanism 125a is attached is braked with the brake rail 124a. Will be added. Here, the vertical component force 314 in the normal direction of the brake receiving surface 124u is also referred to as a braking force 314 for convenience. On the other hand, in the brake mechanism 125a, a motor thrust 316 is generated as a reaction so as to balance the horizontal component force 315 of the pressing force 313 against the brake-braking surface 124u. In response to the generation of the motor thrust 316, the X table 122 moves in the extending direction of the brake rail 124a, that is, in the X direction.

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。   That is, when a drive voltage is applied to the piezo actuator 301, the pressing force 313 applied to the brake rail 124a by the brake pad 307 acts as a load on the link lever 303, and the link lever 303 is deformed accordingly. Arise. However, since the brake pad 307 does not move with respect to the brake rail 124a, this deformation moves the X table 122 to which the brake mechanism 125a is attached along the extending direction (Y direction) of the brake rail 124a. It will end up.

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。   Therefore, the movement of the X table 122 in the X direction and the movement of the Y table 112 in the Y direction during the operation of the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b are caused by the deformation amount of the link lever 303 based on the pressing force 313 of the brake pad 307. It will be done with the movement distance according to. The moving distance varies depending on the rigidity of the link lever 303.

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。   On the other hand, the pressing force 313 applied to the braked surfaces 124u and 114u by the brake pad 307 correlates with the drive voltage applied to the piezoelectric actuator 301 and the gap between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114. . Due to the characteristics of the piezo actuator 301, the pressing force 313 applied to the brake brake surfaces 124u and 114u by the brake pad 307 increases as the drive voltage (voltage applied to the piezo element described above) increases. When the drive voltage applied to the piezo actuator 301 is the same voltage, the pressing force 313 is maximized when the gap between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 is zero, and the gap increases. At the same time, the pressing force 313 decreases.

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。   Therefore, the braking force 314 and the motor thrust 316 are determined by the pressing force 313 for each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b. In other words, the motor generated as a reaction when each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b is operated depending on the magnitude of the driving voltage of the piezoelectric actuator 301 and the size of the gap between the brake pad 307 and the brake rails 124, 114. The magnitude of the thrust 316 changes, and the amount of deformation of the link lever 303 and the actual movement distance of the tables 122 and 112 change.

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。   As described above, the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b generate the braking force 314 and the motor thrust 315 with respect to the movement of the brake rails 124 and 114 in the extending direction when operating. Therefore, for each of the X table 122 and the Y table 112, the generation direction 315 of the motor thrust generated in one brake mechanism 125a, 115a and the generation direction of the thrust generated in the other brake mechanism 125b, 115b are opposite to each other. Each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b is installed. In that case, it is important for the X table 122 and the Y table 112 to equalize the motor thrust 316 of the two brake mechanisms 125a and 125b and 115a and 115b.

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。   However, in order to equalize the braking force 314 of the two brake mechanisms 125a, 125b, 115a, 115b for each of the X table 122 and the Y table 112, a gap between the brake pad 307 and the brake rails 124, 114 is required. The problem is that the movement positions of the tables 122 and 112 on the brake rails 124 and 114 and the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b are different.

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。   Therefore, if the gap between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 is different, even when the same drive voltage is applied to the piezo actuators 301 of the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b, the brake mechanisms 125a, 125b, The pressing forces generated on the brake rails 124 and 114 of the 115a and 115b are different. As a result, when the brake pressing force is different as described above, the amount of movement during the brake operation is also different, which causes a stage displacement.

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。   Therefore, each of the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b described above includes a detection mechanism 400 for detecting contact between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114.

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。   FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment of a detection mechanism that is provided in the brake mechanism and detects contact between a brake pad and a brake rail.

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。   FIG. 4A is a configuration diagram of an embodiment of a detection mechanism that detects contact between a brake pad and a brake rail.

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。   In this embodiment, the detection mechanism 400 pays attention to the fact that the pad body 308 of the brake pad 307 is formed of a conductive material such as SUS (stainless steel), and the pad body 308 from the current detection circuit 401. The contact between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 is detected by detecting a change in the potential when the pad main body 308 is in contact with the brake rail 124 that is also made of a conductive material. It is configured to do.

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。   However, in this case, for example, a weak current flowing from the current detection circuit 401 to the pad main body 308 flows to another part other than the brake rails 124 and 114 through another path, so as not to cause erroneous detection and erroneous measurement, for example, The pad holder 309 of the brake pad 307 that holds the pad main body 308 or the bracket 312 for attaching the brake pad 307 to the link lever 303 is formed of a non-conductive material such as ceramic. The brake rails 124 and 114 have at least a braked surface 124u formed of a conductive material and connected to a ground potential.

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。   According to the present embodiment, the current detection circuit 401 detects contact / separation between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 as a voltage change based on conduction / cutoff of a weak current, and the detection signal is illustrated. To the brake control device (in the length measurement SEM system described later, it is included in the stage control device 1012).

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。   FIG. 4B is a configuration diagram of another embodiment of a detection mechanism that detects contact between a brake pad and a brake rail.

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。   In the case of the present embodiment, the detection mechanism 400 pays attention to the fact that the pressing force 313 applied to the brake rails 124 and 114 by the brake pad 307 acts as a load on the link lever 303, and a strain gauge 411 attached to the link lever 303. The contact between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 is detected by detecting distortion generated in the link lever 303 when the brake rails 124 and 114 are pressed by the brake pad 307. The strain gauge 411 is connected to the strain gauge 413 via the bridge box 412.

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。   According to this embodiment, the strain gauge 413 detects the contact / separation between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 as a voltage change based on the impedance change via the bridge box 412. The detection signal is supplied to a brake control device (not shown).

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。   FIG. 4C is a configuration diagram of still another embodiment of a detection mechanism that detects contact between a brake pad and a brake rail.

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。   In the case of the present embodiment, the detection mechanism 400 operates the brake mechanism 125a, and when the brake pad 307 comes into contact with the brake rails 124 and 114, the leaf spring 310, which is one of the components of the brake pad 307, slightly increases. Note that δ is displaced by δ as shown in FIG. 4C, and the capacitance changes in accordance with the distance between the bottom surface of the recess of the pad holder 309 and the opposing surface of the leaf spring 310. A sensor 421 is provided on the brake pad 307 to detect contact between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114. The capacitance sensor 421 is connected to the capacitance measurement circuit 422.

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。   According to the present embodiment, the capacitance measuring circuit 422 detects the contact / separation between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114 by a voltage change based on the capacitance change of the capacitance sensor 421. The detection signal is supplied to a brake control device (not shown).

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。   As a detection mechanism for detecting contact between the brake pad 307 and the brake rails 124 and 114, a configuration using an optical sensor, a magnetic sensor, or the like is possible in addition to these embodiments.

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。   Next, the piezo actuator 301 as an actuator of each brake mechanism 125a, 125b, 115a, 115b will be described in detail.

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。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of expansion and the magnitude of the driving voltage of the piezo actuator.

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。   As shown in FIG. 5, in the piezo actuator 301, the magnitude of the drive voltage and the expansion amount are in a proportional relationship. Therefore, if the magnitude of the drive voltage applied to the piezo actuator 301 is increased, the extension amount of the piezo actuator 301 increases and the protrusion amount on the tip portion 301t side also increases.

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。   FIG. 6 is a graph showing an example of a predetermined drive command supplied to the piezo actuator.

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。   The piezo actuators 301 of the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b each include a predetermined voltage composed of a drive voltage applied to the piezo actuator 301 from a brake control device (not shown) individually for each brake mechanism 125a, 125b, 115a, and 115b. Each drive command is supplied.

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。   In the present embodiment, the brake control device, in the brake control processing of the X brake mechanism 125a, 125b or the Y brake mechanism 115a, 115b, has its drive voltage at a constant rate of change from a low voltage to a target voltage as shown in FIG. Is supplied individually to the piezoelectric actuators 301 of the X brake mechanisms 125a and 125b or the Y brake mechanisms 115a and 115b. In the case of the present embodiment, for example, within a time range of 30 milliseconds, for example, a drive command for gradually increasing the drive voltage of the piezoelectric actuator 301 from a low voltage to a target voltage as shown in FIG.

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。   Here, the target voltage is a piezoelectric actuator for each of the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b, which is sufficient to generate the prescribed braking force 314 targeted by each of the brake mechanisms 125a, 125b, 115a, and 115b. The driving voltage 301 is indicated. The target specified braking force 314 corresponds to a target specified pressing force 313 for generating the target specified braking force 314. That is, the target voltage is the magnitude of the driving voltage of the piezo actuator 301 for obtaining a sufficient extension amount of the piezo actuator 301 to generate the target pressing force 313.

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。   FIG. 7 is an explanatory diagram of the relationship between the drive voltage of each piezo actuator and the extended state when the predetermined drive command voltage shown in FIG. 6 is applied to the piezo actuator of each brake mechanism. The characteristic between the driving voltage and the extension amount of the piezo actuator shown in the figure is related to the movement of the X table 122 and also when the piezo actuator 301 of each of the X brake mechanisms 125a and 125b is driven. This is the same when the piezo actuators 301 of the Y brake mechanisms 115a and 115b are driven in accordance with the movement of the X brake mechanism 115a and 115b. Therefore, here, when the piezo actuators 301 of the X brake mechanisms 125a and 125b are driven in accordance with the movement of the X table 122. Explained as an example.

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。   A predetermined drive command for gradually increasing the drive voltage of the piezo actuator 301 from a low voltage to a target voltage as shown in FIG. 6 is individually provided by the brake control device for each of the piezo actuators 301 of the X brake mechanisms 125a and 125b. When output, the piezoelectric actuator 301 of each of the X brake mechanisms 125a and 125b increases in accordance with the increase in drive voltage based on the drive command, and the respective extension amounts increase in accordance with the relationship shown in FIG. The amount of protrusion on the part 301t side also increases. It is assumed that at least one brake pad 307 in the brake mechanisms 125a and 125b is brought into contact with the brake rail 124 from the separated state at a drive voltage V of a certain drive command. The brake control device can detect the contact of the brake pad 307 based on a detection signal supplied from the detection mechanism 400 shown in FIG. 4 provided in each of the brake mechanisms 125a and 125b.

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。   Here, the brake control device uses Va as the drive voltage V of the drive command when the brake pad 307 and the brake rail 124a are in contact with each other with respect to the brake mechanism 125a (represented by a circle symbol indicated by an arrow 501 in FIG. 7). Is obtained. Similarly, for the brake mechanism 125b, the brake control device determines Vb (at 502 in FIG. 7) as the drive voltage V of the drive command at the time of contact with the brake rail 124a in the same manner as the brake mechanism 125a. It is assumed that (represented by an x symbol indicated by an arrow) is acquired.

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。   By the way, in order for each of the brake mechanisms 125a and 125b to generate a braking force 314 having a predetermined magnitude on each of the brake rails 124a and 124b, each of the brake mechanisms 125a and 125b applies a pressing force 313 having a predetermined magnitude. It must be generated for each of the rails 124a and 124b. Further, the magnitude of the pressing force 313 generated by each of the brake mechanisms 125a and 125b on the brake rails 124a and 124b is the same as that of the brake pad 307 when the rigidity of the link lever 303 is known as described above. Corresponds to the magnitude of the load applied to the link lever 303 from the piezo actuator 301 from when it becomes stationary with respect to the brake rail 124a. Further, the magnitude of the load applied to the link lever 303 from the piezo actuator 301 at that time is such that the piezo actuator 301 further extends after the tip portion 301t of the piezo actuator 301 contacts the contact portion 303a of the link lever 303. If the extension amount of the piezo actuator 301 increases corresponding to the amount, the load acting on the link lever 303 also increases.

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。   Therefore, in FIG. 7, the piezo actuators of the X brake mechanisms 125 a and 125 b when the X brake mechanisms 125 a and 125 b respectively generate a braking force 314 of the same magnitude on the X brake rails 124 a and 124 b, respectively. The drive voltage V of the drive command for each 301 is represented by Vat (represented by a Δ symbol indicated by an arrow 503 in the figure) and Vbt (represented by an inverted Δ symbol indicated by an arrow 504 in the figure). ing.

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。   Here, the drive voltages Vat, Vbt for generating a braking force 314 having the same predetermined magnitude are different between the X brake mechanisms 125a, 125b, and the extension amounts of the respective piezoelectric actuators 301 are different. As described above, the pressing force 313 has the magnitude of the load applied from the piezo actuator 301 to the link lever 303 after each brake pad 307 is stationary with respect to the brake rail 124a. This is to respond.

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。   In the example shown in FIG. 7, the driving voltages Va and Vb when the tip portion 301t of each piezoelectric actuator 301 contacts the contact portion 303a of the link lever 303 are different between the X brake mechanisms 125a and 125b. Vb−Va can be replaced with the difference in the amount of extension until the piezo actuators 301 come into contact with the brake rails 124a and 124b (indicated by arrows 505 in the figure). The difference 505 in the extension amount is the gap between the initial brake pad 307 and the brake rail 124a of the X brake mechanism 125a and the gap between the initial brake pad 307 and the brake rail 124b of the X brake mechanism 125b. It corresponds to the gap difference.

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。   Here, the actual gap between the brake pad 307 and the brake rail 124 is not the same amount as the extension amount of the piezoelectric actuator 301 because the displacement of the piezoelectric actuator 301 is enlarged by the link lever 303. However, since the link lever 303 as the displacement magnifying mechanism used in each of the X brake rails 124a and 124b is the same, the displacement magnification rate is the same, and adjusting the extension amount difference 505 of the piezo actuator 301 is not possible. This is the same as adjusting the gap difference between each brake pad 307 and each X brake rail 124a, 124b. Therefore, if the difference 505 in the extension amount of each piezo actuator 301 between the X brake mechanism 125a and the X brake mechanism 125b is known, the movement position of the X table 122 and the brakes on both ends of the X table 122 are different. The difference in gap between the brake pad 307 and the brake rail 124 can be adjusted.

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。   In the example shown in FIG. 7, a voltage for obtaining an extension amount (indicated by 506 in the figure) equivalent to the difference 505 in the extension amount with respect to the X brake mechanism 125a is defined for the X brake mechanism 125b. Is added to the drive voltage Vt (in the case of FIG. 7, Vt = Vat), and the drive voltage Vbt of the final drive command is used to adjust the amount of extension that is insufficient for the X brake mechanism 125b. It means that can be done. At this time, the voltage for obtaining the expansion amount 506 equivalent to the expansion amount difference 505 can be obtained from the relationship between the expansion amount and the drive voltage of the piezo actuator 301 shown in FIG.

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。   FIG. 8 is a flowchart showing a brake control process of the stage mechanism according to the present embodiment.

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。   When the movement along the X guide 121 and the Y guide 111 by the operation of the X linear motor 123 and the Y linear motor 113 is performed for each of the X table 122 and the Y table 112, the brake control device corresponds to the corresponding brake mechanism. A brake control process as shown in FIG. 8 is performed on each of 125a, 125b, 115a, and 115b. Note that this brake control processing differs only in the target brake mechanisms 125 and 115 when the X table 122 is moved and when the Y table 112 is moved, so here the X table 122 is moved. In addition, since the individual brake control processing for the brake mechanisms 125a and 125b is the same for the brake mechanism 125a and the brake mechanism 125b, the brake control processing for the brake mechanism 125a will be described as an example. To do.

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。   When the X table 122 is moved to the X-direction position xi on the X guide 121 by stopping the driving of the X linear motor 123 by the drive control of the X linear motor 123 by a movement control device (not shown). Or immediately before the driving of the X linear motor 123 is stopped and moved to the X direction position xi, the piezoelectric actuator 301 of each of the X brake mechanisms 125a and 125b of the X table 122 is as shown in FIG. Start the brake control process. When starting the brake control process, the X brake mechanisms 125a and 125b are in a state (non-contact state) in which the brake pads 307 are separated from the braked surfaces 124u of the brake rails 124a and 124b. Yes. This is because when the brake control device starts moving the X table 122 toward the X direction position xi by driving the X linear motor 123, the brake pad 307 is not dragged against the brake rails 124a and 124b during the movement. This is because a drive command for turning off the drive voltage has already been supplied to the piezoelectric actuators 301 of the X brake mechanisms 125a and 125b. Hereinafter, as described above, the X brake mechanism 125a will be described as an example.

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)。   In the state described above, when the brake control device starts the brake control process for the brake mechanism 125a of the X table 122, the brake control device gives a predetermined drive command for increasing the drive voltage at a constant rate of change as shown in FIG. In order to apply to the piezoelectric actuator 301 of 125a, as shown in FIG. 8, after the drive voltage of the drive command is set to the initial low voltage (step S801), the drive voltage V of this drive command is set to the X brake mechanism 125a (125b). ) Is applied to the piezoelectric actuator 301 (step 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)。   Then, the brake control device determines whether or not the brake pad 307 of the brake mechanism 125a is in contact with the brake rail 124a based on the detection signal supplied from the detection mechanism 400 shown in FIG. 4 provided in the brake mechanism 125a. Based on the determination (step S803), if not yet contacted, the drive voltage of the drive command is changed to a drive voltage next to a predetermined drive command in which the drive voltage increases at a constant rate of change as shown in FIG. V is updated (step S804), and this time, the drive voltage V of this drive command is applied to the piezo actuator 301 of the X brake mechanism 125a (125b) (step 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)。   In this way, the brake control device applies a predetermined drive command for increasing the drive voltage at a constant rate of change as shown in FIG. 6 to the piezo actuator 301 of the brake mechanism 125a (steps S802 to S804). When it is determined that the brake pad 307 of the brake mechanism 125a has contacted the brake rail 124a with the drive voltage Va of the drive command (step S803), the brake pad 307 is applied to the brake rail before the brake mechanism 125b as another brake mechanism. Whether or not the contact with the brake 124 is determined in relation to the brake mechanism 125b in which similar brake control processing is performed individually (step 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。   As a result, when detected earlier, the brake control device sets the drive voltage Vat of the final drive command for the brake mechanism 125a to the voltage Vt of the final drive command defined from the beginning (where Vt> Va). (Step S806) Whether or not the brake pad 307 of the brake mechanism 125b as another brake mechanism has contacted the brake rail 124b is determined in relation to the brake mechanism 125b in which similar brake control processing is performed individually. (Step S807). As a result, when detected earlier, the drive voltage of the drive command for the brake mechanism 125a is applied until the brake pad 307 of the brake mechanism 125b as another brake mechanism is in contact with the brake rail 124b. The pressing force 313, the braking force 314, and the horizontal component force 315 against the brake rail 124a are not generated while the driving voltage of the driving command when the pad 307 contacts the brake rail 124 is maintained.

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。   On the other hand, when it is detected later, the brake control device similarly applies the drive voltage Vb of the drive command when the brake pad of the brake mechanism 125b with which the brake pad 307 is in contact with the brake rail 124b first is in contact. Acquired in association with the brake mechanism 125b for which the brake control processing is performed individually, and the extension corresponding to the difference voltage Vba (= Vb−Va) from the drive voltage Vt of the final drive command defined from the beginning An additional drive voltage for further extension is calculated, and the drive voltage Vat of the final drive command for the brake mechanism 125a is set to a drive voltage obtained by adding this additional drive voltage to the drive voltage Vt of the final drive command defined from the beginning. (Step S806). In this case, the differential voltage Vba corresponds to a difference in gap between the brake pad 307 and the brake rail 124 between the brake mechanism 125a and the other brake mechanism 125b. Further, when calculating the additional drive voltage, the brake control device can use the relationship of the expansion amount with respect to the drive voltage of the piezo actuator 301 shown in FIG. 4 stored in advance as a table.

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。 If the brake mechanism 125a and the other brake mechanism 125b are in a state where the brake pad 307 is in contact with the brake rail 124, the brake control device performs the process of step S806 or step S808 for the brake mechanism 125a. The voltage Vt of the final drive command obtained in the above is applied to the piezo actuator 301 of the brake mechanism 125a (step S809). In this case, the final drive command voltage Vat is applied in the same way as the final drive command voltage Vbt applied by the other brake mechanism 125b, for example , from the current drive command voltage Va to the final drive command voltage Vat. Until the voltage Vat of the drive command is reached, the applied voltage of the drive command may be applied while further increasing the voltage of the drive command at the constant rate of change shown in FIG. 6, or the current drive command The voltage Vaat of the final drive command may be applied suddenly from the voltage Va.

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。   Note that the brake control device performs the brake control process including the processes of steps S801 to S809 described above on the brake mechanism 125a for each of the other brake mechanisms 125b as well, so that the brake mechanisms 125a and 125b respectively press the brake control process. The pressure 313 and the braking force 314 and the motor thrust 315 based on the pressing force 313 can be generated while balancing each other between the X brake mechanism 125a and the X brake mechanism 125b of the X table 122.

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。   Further, depending on the difference in the gap between the brake mechanisms 125a and 125b, the piezo actuator is more in contact with the brake rail 124 of one of the brake pads 307 than the brake rail 124 of the other brake pad 307. Even when the extension amount of 301 is delayed due to shortage, it is possible to suppress a difference in braking force between the two.

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。   As a result, there is no difference in the braking force of each brake mechanism 125a, 125b due to the gap difference between the brake pad 307 and the brake rail 124, and the position displacement of the stage due to the brake operation can be reduced.

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。   In the brake control processing by the brake control device described above, the brake control device generates a predetermined magnitude of braking force 314 for each of the brake rails 124a and 124b. Instead of the configuration having the drive voltage Vt, it may be configured to have a predetermined extension amount of the piezo actuator 301 from when the brake pad 307 contacts the brake rail 124. In this case, in steps S806 and S808, the brake control device further increases the piezoelectric actuator 301 by this predetermined extension amount from the drive voltages Va and Vb of the drive command when the brake pad 307 of the brake mechanism 125a contacts the brake rail 124a. The drive voltage of the drive command when it is extended can be calculated as the drive voltages Vat and Vbt of the final drive command.

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。   In addition, the brake control device stores the drive voltages Vat and Vbt of the final drive commands of the brake mechanisms 125a and 125b acquired by the processes of steps S801 to S809 described above, and stores the current drive voltage Vat and Vbt by operating the X linear motor 12 therein. Is stored in correspondence with the movement position xi on the X axis of the X table 122, so that the drive voltage of the final drive command of each of the brake mechanisms 125a and 125b corresponding to the movement position xi on the X axis of the X table 122 is stored. If a final drive command table relating to Vat and Vbt is created, the movement position x on the X axis of the X table 122 at the time of another specimen observation is stored in this final drive command table in the drive voltage Vat, If Vbt is the movement position xi on the X axis stored, this storage Driving voltage Vat final drive command being the Vbt, brake mechanism 125a, it is possible to operate by applying 125b suddenly stepwise to each of the piezoelectric actuator 301.

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。   Next, the length measurement SEM including the sample stage provided with the stage mechanism 10 described above will be described.

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。   FIG. 9 is a position time response waveform schematically showing the relationship between the stage positioning state in the length measurement SEM and each process in the length measurement sequence.

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。   The stage positioning state in the length measurement SEM includes the stage movement state T1 (time zone indicated by arrow 901 in the figure) according to the conditions for performing each length measurement process, and the measurement point from a nearby reference pattern. A state T2 in which addressing can be specified from the relative position information (time zone indicated by an arrow 902 in the figure), and a state T3 in which auto-focusing is possible in which the measurement point is imaged at a high magnification and focused. , 903), and a state T4 (time zone indicated by 904 in the drawing) in which a high-magnification pattern for length measurement can be detected. In the length measurement sequence, in order to perform the length measurement process, the state T2 in which addressing is possible from the stage movement state T1, the state T3 in which autofocus is possible from the addressable state T2, and the stage positioning state are measured. Each process in the long sequence needs to be within an allowable range of vibration amplitude and drift amount.

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。   FIG. 10 is a diagram showing a schematic overall configuration of a length measurement SEM system according to an embodiment of the present invention.

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。   As shown in FIG. 10, in the length measurement SEM system, the stage mechanism 10 described above is mounted in a sample chamber 1002 that can be evacuated by a vacuum pump 1001. In addition, an electron microscope 1003 for measuring the length is mounted on the upper part of the sample chamber 1002, and the electron microscope 1003 is controlled by the system control device 1010. The operation of each unit and the display of images are performed using a computer 1011. The stage mechanism 10 is controlled by the stage control device 1012 under control based on an operation from the system control device 1010, and the stage states T1 to T4 described above are transmitted to the system control device 1010. Are synchronized. The stage control device 1012 also has a function as the brake control device described above in connection with the movement of the X table 122 and the Y table 112 of the stage mechanism 10.

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。   FIG. 11 is a flowchart showing an example of the control process of the length measurement SEM according to the embodiment of the present invention.

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)。   In FIG. 11, the stage control apparatus 1012 first moves the sample stage (the above-described top table 130 on which the sample is mounted on the sample holder 133) to the target position (step S1101), and then the sample stage. Of the X table 122 and the Y table 112 is determined based on the completion of the movement and positioning of the X table 122 and the Y table 112 to the designated position corresponding to the target position (step S1102). When the movement positioning is completed, the brakes shown in FIG. 8 are used for the plurality of X brake mechanisms 125 provided on the X table 122, and when the movement positioning of the Y table 112 is completed for the plurality of Y brake mechanisms 115 provided on the Y table 112. Each control process is executed (step 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)。   Thereafter, the stage control apparatus 1012 waits until the addressable state T2 is reached from the state T1 corresponding to step S1101 to step S1103 described above (step S1104), and the sample stage vibration amplitude and drift amount allowance for performing addressing. If the range condition C1 is satisfied, the system control apparatus 1010 is notified that the addressable state T2 has been reached (step S1105). Further, the stage controller 1012 continues from the addressable state T2 and similarly waits until the autofocus is enabled (step S1106), and the vibration amplitude and the drift amount are within an allowable range for performing autofocus. The system control apparatus 1010 is notified that the autofocus enabled state T3 has been reached by satisfying the condition C2 (stricter than the condition C1) (step S1107). Further, the stage controller 1012 continues from the auto-focusable state T3, and similarly waits until the high-magnification pattern can be detected (step S1108), and the vibration amplitude and the drift amount are for performing the high-magnification pattern detection. The system control apparatus 1010 is notified that the high-magnification pattern detectable state T4 has been reached by satisfying the allowable range condition C3 (stricter than the condition C2) (step S1109). Then, when the stage control device 1012 receives a notification from the system control device 1010 that the high-magnification pattern detection processing has ended (step S1110), the stage control device 1012 is in a brake operation state by executing the above-described step S1103. Each of the X brake mechanism 125 and the Y brake mechanism 115 of the X table 122 and the Y table 112 is turned off to be in an inoperative state (step 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。   The stage control apparatus 1012 repeats the processes of steps S1101 to S1111 each time the side long point on the sample changes.

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。   In the above-described embodiment, the brake control process shown in FIG. 8 is performed for each length measurement point in the brake control process shown in step S1103, and the brake pads 307 and the brakes of the X brake mechanism 125 and the Y brake mechanism 115 respectively. The contact with the rails 124 and 114 is detected and the brake gap is adjusted. However, the optimum drive command (that is, the final drive command) obtained once is stored in association with the measuring point, and the next and subsequent times. The embodiment can be configured to realize high-speed and high-accuracy positioning by using the drive command after positioning.

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、
10 stage mechanism, 100 base, 110 Y base, 111 Y guide,
112 Y table, 113 Y linear motor, 114 Y brake rail,
115 Y brake mechanism, 116 X sub guide, 120 X base,
121 X guide, 122 X table, 123 X linear motor,
124 X brake rail, 125 X brake mechanism, 126 Y sub guide,
127 long hole, 130 top table, 131 X mirror,
132 Y mirror, 133 Sample holder, 301 Piezo actuator,
302 holder, 303 link lever, 304 sleeve,
305 shaft, 306 bearing, 307 brake pad,
308 pad body, 309 pad holder, 310 leaf spring,
311 compression spring, 312 bracket, 313 pressing force,
314 Normal component force (braking force), 315 horizontal component force, 316 motor thrust,
400 detection mechanism, 401 current detection circuit, 411 strain gauge,
412 bridge box, 413 strain gauge, 421 capacitance sensor,
422 capacitance measurement circuit, 1001 vacuum pump, 1002 sample chamber,
1003 electron microscope, 1010 system controller,
1011 computer, 1012 stage control device,

Claims (7)

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複数のブレーキ機構と
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。
A movable table held movably along the guide mechanism;
A moving mechanism for moving the movable table to an indicated position along the guide mechanism;
A sample stage having a brake pad that contacts or separates in response to driving of an actuator with respect to a brake surface to be braked, and a plurality of brake mechanisms that brake the movable table,
A detecting means provided in each of the plurality of brake mechanisms for detecting contact of a brake pad with a braked surface;
After the movable table is moved to the indicated position along the guide mechanism by the moving mechanism and stopped, or immediately before stopping, the actuators of the plurality of brake mechanisms are driven to operate the plurality of brake mechanisms. A control device,
When the control device operates the plurality of brake mechanisms,
Driving the actuators of each of the plurality of brake mechanisms according to a predetermined drive command for bringing a brake pad into contact with a braked surface;
The brake pads of each of the plurality of brake mechanisms are braked based on the detection output output from the detection means of each of the plurality of brake mechanisms during driving of the actuators of the plurality of brake mechanisms based on the predetermined drive command. Obtaining a state difference of the predetermined drive command between the plurality of brake mechanisms when contacting the braked surface;
Based on the state difference of the acquired default drive command, a final drive command corresponding to the drive state of the actuator at the time of brake operation is determined for each of the plurality of brake mechanisms,
A sample stage, wherein the actuator of each of the plurality of brake mechanisms is driven by the determined final drive command of the corresponding brake mechanism.
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同士の差に相当し、
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同士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。
The state difference of the predetermined drive command corresponds to a difference between gaps between the brake pad and the braked surface between the plurality of brake mechanisms,
Of the plurality of brake mechanisms, a final drive command for a brake mechanism having a large gap is obtained by adding an actuator drive command corresponding to a difference between the gaps to a predetermined final drive command for a brake mechanism having a small gap. The sample stage according to claim 1.
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。   The sample stage according to claim 2, wherein the actuator of each of the plurality of brake mechanisms is a piezo actuator. 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。
The detection means includes
A weak current is passed through a brake pad that is insulated from the other part of the brake mechanism, and the contact of the brake pad with the braked surface is detected from the potential change of the brake pad based on the contact with the braked surface. The sample stage according to claim 1.
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。
The detection means includes
A strain gauge provided in the brake mechanism;
2. The sample stage according to claim 1, wherein the contact of the brake pad with the brake receiving surface is detected from a change in the output of the strain gauge.
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。
The detection means includes
It is a capacitance sensor provided on the brake pad,
2. The sample stage according to claim 1, wherein the contact of the brake pad with the brake surface to be braked is detected from a change in the output of the capacitance sensor.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の試料ステージを備えた電子顕微鏡装置。 The electron microscope apparatus provided with the sample stage as described in any one of Claims 1-6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5314254A (en) * 1992-11-03 1994-05-24 Digital Instruments Stiffness enhancer for movable stage assembly
JP2001168070A (en) * 1999-12-10 2001-06-22 Sharp Corp Gas supply mechanism for focus ion beam system
JP2001196021A (en) * 2000-01-14 2001-07-19 Jeol Ltd Target moving unit
JP4051881B2 (en) * 2000-12-12 2008-02-27 株式会社日立製作所 Braking mechanism and electron microscope sample stage
JP4215975B2 (en) * 2001-11-16 2009-01-28 株式会社日立ハイテクノロジーズ Mobile device
JP4483957B2 (en) * 2008-03-07 2010-06-16 株式会社日立製作所 Sample preparation device
JP5178291B2 (en) * 2008-04-15 2013-04-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ Stage equipment

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