JP5331597B2 - ステージ装置及びステージ位置決め制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体の検査や評価に用いる電子顕微鏡等の試料ステージとして好適なステージ装置及びステージの位置決め制御方法に関する。

近年の半導体素子の微細化に伴い、半導体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。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、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡（以下、測長ＳＥＭと称す）が用いられている。

測長ＳＥＭでは、ウェハ上に電子線を照射し、得られた二次電子信号を画像処理し、その明暗の変化からパターンのエッジを判別して寸法を導出している。ここで、半導体素子の微細化に対応するためには、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、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で振動やドリフトを抑えることが要求される。

このような振動やドリフトを抑えるために、高精度な位置決めが可能なステージ装置が必要となり、これには一般的にリニアモータなどを駆動機構とするサーボ制御システムが用いられている。しかしながら、サーボ制御を行った場合、停止状態でもナノメートルオーダでは微少な振動が発生しており、ステージの振動とともに試料位置が変動するだけでなく、ステージの振動が装置全体を加振し、二次電子像に悪影響を及ぼすこともある。以上のようなサーボ制御を起因とする微小な振動への対策として、ステージの可動テーブルにばね力を利用したブレーキ機構を設け、ステージ停止時にはブレーキをかけ、サーボ制御をオフにする技術がある（特許文献１参照）。また、これとは別の技術として、可動テーブルに互いに対向する２つのピエゾ素子でブレーキレールを押圧するブレーキ機構を設け、可動テーブルを制動する技術がある（特許文献２参照）。

特開２００１−８８６９５号公報 特開２００７−３２４０４５号公報

前記のようなブレーキ機構を構成する場合、１つのブレーキレールを２つのブレーキで押圧して挟み込む機構、あるいは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で押圧する機構などが構成可能である。しかしながら、ブレーキレールの表面にある加工精度に起因した微小な凹凸や、ブレーキの接触面（以下、ブレーキパッドと称す）とブレーキレールとの間のギャップは、位置により微小な量で異なる。このため、それぞれのブレーキに対して同じ駆動指令を出力すると、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、これに起因してステージの位置ずれが発生するという問題がある。このようなステージの位置ずれを発生させないためには、ステージの停止位置に応じてブレーキ機構に最適な駆動指令を与える制御方法が必要となる。

また、ステージの位置決め後には案内機構（リニアガイド）の非線形ばね特性により、ステージを直前の移動方向と反対方向に引き戻す力（以下、ガイド戻り力と称す）が作用することが知られている（例えば、大塚二郎、坂戸啓一郎著「図解精密位置決め機構設計」（工業調査会）を参照）。このようなガイド戻り力は、ステージ位置決め後の停止状態で発生しているモータ推力（残留推力）として観測できる。このような案内機構の非線形ばね特性の作用により、ステージの位置決め後にモータのサーボ制御をオフにしてモータ推力を停止すると、ブレーキなどの制動機構を特に設けない場合には、ステージの位置が直前の移動方向と反対方向にずれてしまうという現象が発生する。このような特性を考慮すると、ステージ停止後にモータのサーボ制御をオフにするためには、前記ガイド戻り力とつり合う力を発生させるブレーキ機構の制御方法が必要となる。

そこで、本発明は、ステージの位置決め後にモータのサーボ制御を停止してもステージの位置ずれを発生させないように、ブレーキ機構を最適に制御できるステージ装置及びステージ位置決め制御方法を提供することを目的とする。

本発明では、リニアモータ駆動のステージ装置において、それぞれの位置決めすべき点に初めて位置決めする際、実際にステージを移動、停止した後に、リニアモータの推力指令を０に近づけるようにブレーキ駆動指令を調整し、リニアモータのサーボ制御をオフにしてもステージの位置ずれを発生させないような、リニアモータの推力指令が許容値以内となる最適なブレーキ駆動指令を求め、これを記憶する。さらに、同じそれぞれの位置決めすべき点に再度ステージを位置決めする際、ステージを移動、停止した後に、記憶した最適なブレーキ駆動指令をブレーキ機構に対して出力し、リニアモータのサーボ制御をオフにして高精度な位置決めを行う。制動機構としては、好適には、ピエゾ素子で駆動されるブレーキユニットを備える。

本発明によれば、電子顕微鏡装置の試料ステージとして好適な高精度の位置決め動作を実現できる。

本発明によるステージ機構の一例を示す概略見取図である。 本発明による制動機構の動作を示す概略図である。 本発明による制動機構の制動原理を示す概略図である。 本発明による制動の手順を示すフローチャートである。 本発明による測長ＳＥＭのレシピ作成時の処理と自動測長時の処理の概略を示すフローチャートである。 本発明による測長ＳＥＭのレシピ作成時の処理と自動測長時の処理を実行するための機能ブロック図である。 ブレーキ制御パラメータの表示画面の例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のステージ機構の一実施形態の概略図であり、図１（ａ）はステージ機能の外観図、図１（ｂ）はその一部の断面図である。

ステージ機構１０は、ベース１００の上に可動テーブルとそれを駆動するための機構を搭載している。ベース１００の上にＹベース１１０が固定され、Ｙベース１１０の上にＹ方向（図１（ａ）に示す座標軸のＹ方向）の案内機構としてのＹガイド１１１が固定されている。図１（ａ）では、Ｙガイド１１１は、Ｙベース１１０の中央（図示せず）と両端近傍にそれぞれ１本ずつの合計３本が設けられている。Ｙテーブル１１２は、Ｙガイド１１１に拘束され、Ｙ方向のみに移動が可能となっている。

Ｙテーブル１１２は、これに可動部を固定されたＹリニアモータ１１３の発生する推力により直線運動を行う。ここで、Ｙリニアモータ１１３の固定部はベース１００の上に固定される。さらに、Ｙテーブル１１２を停止させるための制動機構として、Ｙブレーキレール１１４がＹベース１１０に固定され、ＹブレーキユニットがＹテーブル１１２に固定されている。なお、図１（ａ）の例では、Ｙリニアモータ１１３及びＹブレーキユニットは、いずれもＹテーブル１１２の両端に設けてられているが、これらは必要な推力や制動力があれば、Ｙテーブル１１２の両端ではなく、どちらか一方の端のみに設けても良い。

Ｙテーブル１１２に固定されたＹブレーキユニットは、ピエゾ素子の変位を拡大することにより、Ｙブレーキレール１１４に対して面部材（ブレーキパッド）を押圧して摩擦力、すなわち制動力を発生する機構であり、このピエゾ素子に対する印加電圧を調整することにより、その制動力を制御できる。ブレーキユニットの詳細は、図２を用いて後述する。

図１（ｂ）は、Ｙテーブル１１２からトップテーブル１３０の断面を示す図である。Ｙテーブル１１２の上には、Ｙ方向と直交するＸ方向の案内機構としてのＸサブガイド１１６が設けられている。図１（ａ）の例では、Ｘサブガイド１１６は２本設けられている。サブテーブル１１７は、Ｘサブガイド１１６に拘束され、Ｘ方向に移動可能となっている。サブテーブル１１７は、これに拘束部材１４０によって結合されるトップテーブル１３０とともに、Ｘサブガイド１１６の上をＸ方向に直線運動する。

また、ベース１００の上には、Ｘベース１２０が固定され、Ｘベース１２０の上にＸ方向の案内機構としてのＸガイド１２１が固定されている。図１（ａ）の例では、Ｘベース１２０は、Ｙベース１１０を挟む二つの部材として設けられており、Ｘガイド１２１もそれぞれのＸベース１２０に１本ずつの合計２本が設けられている。Ｘテーブル１２２は、Ｘガイド１２１に拘束され、Ｘ方向のみに移動可能となっている。

Ｘテーブル１２２は、これに可動部を固定されたＸリニアモータ１２３の発生する推力により直線運動を行う。ここで、Ｘリニアモータ１２３の固定部はベース１００の上に固定される。さらに、Ｘテーブル１２２を停止させるための制動機構として、Ｘブレーキレール１２４がＸベース１２０に固定され、ＸブレーキユニットがＸテーブル１２２に固定されている。なお、図１（ａ）の例では、Ｘリニアモータ１２３及びＸブレーキユニットは、いずれもＸテーブル１２２の両端に設けてられているが、これらは必要な推力や制動力があれば、Ｘテーブル１２２の両端ではなく、どちらか一方の端のみに設けても良い。

Ｘテーブル１２２に固定されたＸブレーキユニットは、Ｙブレーキユニットと同様に、ピエゾ素子の変位を拡大することにより、Ｘブレーキレール１２４に対してブレーキパッドを押圧して制動力を発生する機構であり、このピエゾ素子に対する印加電圧を調整することにより、その制動力を制御できる。ブレーキユニットの詳細は、図２を用いて後述する。

Ｘテーブル１２２の上には、Ｘ方向と直交するＹ方向の案内機構としてのＹサブガイド１２６が設けられている。図１（ａ）の例では、Ｙサブガイド１２６は２本設けられている。トップテーブル１３０は、Ｙサブガイド１２６に拘束され、Ｙ方向に移動が可能である。トップテーブル１３０は、これに結合されるサブテーブル１１７の運動とともに、Ｙサブガイド１２６の上をＹ方向に直線運動する。

以上に述べた構造によれば、Ｘテーブル１２０とＹテーブル１１０のそれぞれが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。なお、トップテーブル１３０の上には、その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）と、試料ホルダ１３３が搭載されている。

図２（ａ）は、Ｘテーブル１２０及びＹテーブル１１０に設けられた制動機構の動作を示す概略図である。Ｘテーブル１２０とＹテーブル１１０の制動機構の動作は全く同様であるため、以下では特にＸ、Ｙを表記せずに説明する。

図２（ｂ）は、ブレーキユニットの概略図である。可動テーブル２００の両端に固定されたブレーキユニットは、図２（ｂ）に示すように、その駆動源となるピエゾ素子２１１と、ピエゾ素子の変位を拡大する機構２１２を有し、その先端にはブレーキパッド２０１（２０１ａ，２０１ｂ）が設けられている。ピエゾ素子２１１の変位が、変位拡大機構２１２を回転リンク２１３により回転動作させ、ブレーキパッド２０１（２０１ａ，２０１ｂ）をブレーキレール２０２ａ，２０２ｂに接触させる。また、ピエゾ素子２１１の変位を戻す動作には、圧縮バネ２１４のばね力を利用する。

ベースには、可動テーブル２００の移動方向と平行に２個のブレーキレール２０２ａ，２０２ｂが固定されている。ブレーキユニットの駆動源となるピエゾ素子の変位を拡大することにより、ブレーキパッド２０１ａ，２０１ｂをそれぞれブレーキレール２０２ａ，２０２ｂに対して押圧し、摩擦力を増大させて、可動テーブル２００を制動する。以下、これらの２組の制動機構を区別するために各要素の符号の末尾にａ，ｂを付けて説明する。

図２に示した制動機構の例では、ブレーキユニットの押圧方向がブレーキレール２０２ａ，２０２ｂに対して微小に傾斜するように、ブレーキユニットを可動テーブル２００に取り付けている。このような微小な傾きを持たせたことにより、ブレーキパッド２０１ａ，２０１ｂをそれぞれブレーキレール２０２ａ，２０２ｂに押圧した際、それぞれの接触部においてブレーキレール２０２ａ，２０２ｂに対して垂直方向の分力２０３ａ，２０３ｂと水平方向の分力２０４ａ，２０４ｂが発生する。ここで、前者の押圧分力は摩擦力を増大させ、後者の押圧分力は可動テーブル２００の移動方向又はその逆方向の力となる。図２では、ブレーキパッド２０１ａ，２０１ｂの水平方向の押圧分力２０４ａ，２０４ｂの方向が互いに反対方向となるように、それぞれのブレーキユニットを微小に傾斜させて可動テーブル２００に取り付けている。

図３は、図２に示した制動機構による可動テーブルの制動原理を示す概略図である。まず、図３（ａ）は可動テーブルの位置決め直後の力のつり合い状態を示す。ここで、モータ推力３０１が可動テーブルの案内機構の非線形ばね特性によるガイド戻り力３０２とつり合うことにより、可動テーブルが目標位置に位置決めされる。そのため、位置決め後の停止状態においてもモータ推力３０１は０にはならない。前述したように、サーボ制御状態ではナノメートルオーダの微少な振動が発生しており、ステージ振動とともに試料位置が変動するだけでなく、ステージ振動が装置全体を加振することもあるため、モータのサーボ制御をオフにする必要がある。しかしながら、ここでサーボ制御をオフにしてモータ推力３０１を０にすると、図３（ａ）に示した力のつり合い状態が崩れるため、可動テーブルの位置が目標位置からずれてしまう。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から制動機構を動作させ、押圧力を発生させたときの力のつり合い状態を示す。ここで、図２に示した２組の制動機構をそれぞれ制動機構ａ、制動機構ｂと称し、それぞれが発生する可動テーブルの移動方向又はその逆方向の押圧分力を、制動機構ａの押圧分力３０５、制動機構ｂの押圧分力３０６として図示する。図２で説明した通り、制動機構ａの押圧分力３０５と制動機構ｂの押圧分力３０６は、それぞれ互いに反対方向に作用する（そのようにブレーキユニットが取り付けられている）が、制動機構ａと制動機構ｂに同じく駆動指令（ピエゾ素子の駆動電圧）を与えた場合、それぞれのブレーキレールの表面にある微小な凹凸やブレーキレールとブレーキパッドとのギャップの差などの要因により、制動機構ａの押圧分力３０５と制動機構ｂの押圧分力３０６の大きさにも微小な差が生じる。モータがサーボ制御されている場合、このときの押圧分力の差がモータ推力３０３に影響し、図３（ａ）のモータ推力３０１からのモータ推力増減を生じる。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）におけるモータ推力３０３を減少させるため、一方の制動機構の押圧分力（図３（ｃ）の例では、制動機構ａの押圧分力）を増加させたときの力のつり合い状態を示す。ここで、どちらの制動機構の押圧分力の操作を行うかは、モータ推力の符号に基づいて行う。すなわち、モータ推力と同一方向の押圧分力を発生させる制動機構を選択し、その押圧を増加させる。図３（ｃ）では、制動機構ａの押圧分力３０９の増加に伴ってモータ推力３０７が減少している。ここで、モータ推力３０７を十分小さい値にできれば、モータのサーボ制御をオフ（モータ推力を０）にしても、可動テーブルの位置ずれは発生することなく位置決め状態は保たれる。以上に述べたような制動機構の押圧分力の調整により、各位置決め点において最適なブレーキ駆動指令を求められる。

図４は、図３に示した制動制御の処理手順を示すフローチャートである。位置決め後にまず初期電圧を各ブレーキ駆動指令として出力し（Ｓ４１０）、ウェイトタイマ（Ｓ４１１）で例えば２００ｍｓ経過後にモータ推力がゼロに近づいて許容値内になっていることを確認（Ｓ４１２）する。モータ推力が許容値内でない場合、片側のブレーキ駆動電圧を変化させ（Ｓ４１３）、モータ推力を変化させる。以上を繰り返し、最終的にモータ推力を許容値内とする。モータ推力の許容値は、ステージ装置に用いるガイドレールの種類や本数や予圧によって異なるため、実験的にモータ推力値と位置ずれの関係を調べることで決定する。

図５は、本発明のステージ装置に本発明のステージ位置決め制御方法を適用した測長ＳＥＭのレシピ作成時の処理と自動測長時の処理の概略を示すフローチャートである。ここで、レシピとは、試料のアライメント情報、測長点情報（測長点のパターン、座標など）、アドレッシング情報などの各種設定を予め登録したデータのことを言う。

図５（ａ）は、レシピ作成処理の概略を示すフローチャートである。まず、試料（ウェハ）をステージに搭載し、アライメント点の情報を登録する（Ｓ５１０）。次に、測長点のパターン、座標などを登録し（Ｓ５１１）、アドレッシングのためのパターンの情報を登録する（Ｓ５１２）。処理５１１から処理５１２を全ての測長点を登録するまで繰り返す（Ｓ５１３）。最後に、テストランによって各測長点で正しくアドレッシングと測長が実行できることを確認する（Ｓ５１４）。テストランにおいて登録された全ての測長点を確認する場合、これらの測長点に順番にステージを位置決めし、図３及び図４に示した手順により、ステージの位置ずれを生じさせないような最適なブレーキ駆動指令を求め、これを各測長点について記憶しておく。

図５（ｂ）は、自動測長時の処理の概略を示すフローチャートである。まず、試料（ウェハ）をステージに搭載し、アライメント処理を実行する（Ｓ５２０）。次に、各測長点の座標にステージを移動する（Ｓ５２１）。ここで、ステージの位置決めの際、前記のようにレシピ作成時のテストランで全ての測長点において最適なブレーキ駆動指令が既に求められている場合は、そこで得られた最適なブレーキ駆動指令によりブレーキ動作を行い、さらにモータのサーボ制御をオフにする。レシピ作成時のテストランで最適なブレーキ駆動指令が求められていない場合は、自動測長の最初の試料を処理する際、各測長において最適なブレーキ駆動指令を求め、これを記憶しておき、ここで得られた最適なブレーキ駆動指令を用いて次回（２個目の試料）以降では各測長点への位置決めを行う。このようにステージの位置決めが完了した後、アドレッシングパターンを認識し（Ｓ５２２）、これを基準に測長パターンを認識し、測長を行う（Ｓ５２３）。処理５２１から処理５２３までを全ての測長点を処理するまで繰り返す（Ｓ５２４）。

図６は、本発明のステージ装置に本発明のステージ位置決め制御方法を適用した測長ＳＥＭのレシピ作成時の処理と自動測長時の処理を実行するための機能ブロック図である。

図５（ａ）に示したレシピ作成の処理は、レシピ作成手段６００とその下位機能である測長パターン登録手段６０１、アドレッシングパターン登録手段６０２、テストラン手段６０３により実行される。測長パターン登録手段６０１では、ステージ移動実行手段６１１により、ステージをトラックボールなどの手動操作により測長点の位置まで移動させ、測長点の画像を画面に表示し、測長画像とその認識条件などを登録する。アドレッシングパターン登録手段６０２では、ステージ移動実行手段６１１により、ステージを手動操作によりアドレッシングパターンの位置まで移動させ、アドレッシングパターンの画像を表示し、アドレッシングパターンとその認識条件などを登録する。

ステージ移動実行手段６１１では、ステージ制御手段６２０により、ステージの位置、速度、リニアモータ推力のサーボ制御を実行し、サーボアンプなどのリニアモータ駆動手段６２１によりリニアモータ６２２を駆動し、ステージの位置決め制御を行う。ここで、ステージの位置はレーザ測長計６２３により計測され、ステージ制御手段６２０におけるフィードバック情報として利用される。さらに、ステージ移動実行手段６１１では、ステージを位置決めする際、ブレーキ制御最適化手段６４０により、ステージ停止後のリニアモータ推力指令（残留推力）を０に近づける（０近傍の許容値以下とする）ようにブレーキ駆動指令を調整して、これをブレーキ制御手段６３０に出力する。ブレーキ制御手段６３０は、ブレーキ駆動指令（電圧指令）をピエゾアンプなどのピエゾ素子駆動手段６３１に出力し、ブレーキ機構の駆動源となるピエゾ素子６３２の変位を発生させる。ブレーキ駆動指令の調整が完了すれば、ステージ制御手段６２０ではリニアモータ６２２のサーボ制御をオフにする。

テストラン手段６０３では、登録された測長点に順番にステージを移動させ、アドレッシング、測長が正しく実行できるかどうかを確認する。なお、このときの測長点の順番は自動測長時の順番と同じとする。さらに、テストランでは、各測長点に位置決めする際、ブレーキ制御最適化手段６４０により、ステージの位置ずれを生じさせないような最適なブレーキ駆動指令を求め、これを各測長点の位置情報とともに、ブレーキ制御パラメータ記憶手段６４１により記憶しておくことが可能である。ただし、登録した全ての測長点についてテストランを行うとは限らない。なお、ブレーキ制御最適化手段６４０により最適なブレーキ駆動指令を求める際、ステージ停止後のリニアモータ推力指令を０に近づけるようにブレーキ駆動指令を段階的に調整するため、これには一定の時間を要する。

図５（ｂ）に示した自動測長の処理は、自動測長手段６１０とその下位機能であるステージ移動実行手段６１１、アドレッシング実行手段６１２、測長実行手段６１３により実行される。自動測長の場合、ステージ移動実行手段６１１では、ステージ制御手段６２０によりステージを測長点に移動し、停止した後、ブレーキ制御パラメータ記憶手段６４１により記憶された最適なブレーキ駆動指令をブレーキ制御手段６３０に出力して、最後にリニアモータのサーボ制御をオフにすることによりステージの位置決めを完了する。前記のようにレシピ作成時に最適なブレーキ駆動指令を予め求めておいた場合は、これを用いてブレーキを制御する。レシピ作成時に最適なブレーキ駆動指令を求めていない場合は、最初の試料の自動測長時にブレーキ制御最適化手段６４０により最適なブレーキ駆動指令を求め、これをブレーキ制御パラメータ記憶手段６４１により記憶しておき、次回以降はこの最適なブレーキ駆動指令によりステージの位置決めを行う。このようにステージ位置決めの際の最適なブレーキ制御を行うことにより、ステージ移動を行うリニアモータのサーボ制御をオフにした後の位置ずれの発生を抑制し、高精度な位置決めが可能となる。さらに、ブレーキ制御パラメータ記憶手段６４１により記憶された最適なブレーキ駆動指令を利用することにより、ブレーキ制御最適化手段６４０によるブレーキ駆動指令の調整を毎回行う必要がなくなるため、ステージの位置決めに要する時間を短縮できる。

なお、本実施例では、ステージを各測長点に位置決めする際に、最初に求めた最適なブレーキ駆動指令を次回以降もそのまま繰り返し用いてブレーキ制御を行うこととしているが、これを次回以降では前記の既に得られた最適なブレーキ駆動指令を出力した後、サーボ制御されているリニアモータの推力指令が０近傍の許容値よりも大きい場合には、再度ブレーキ駆動指令を微調整して、リニアモータの推力指令が許容値以内となる最適なブレーキ駆動指令を求めても良い。この場合、ここで微調整して得られた最適なブレーキ駆動指令をブレーキ制御パラメータ記憶手段６４１に改めて記憶させることとなる。

図７は、ブレーキ制御パラメータを確認する画面表示の例である。ブレーキ制御パラメータ表示画面７００には、ブレーキ制御パラメータとして、各測長点の番号と座標値、各ブレーキユニットの最適な駆動指令（電圧指令）値、ブレーキ駆動指令の調整状況を示すブレーキ制御パラメータテーブル７０１が表示される。ブレーキ駆動指令の調整状況は、駆動指令が正常な電圧値の範囲で調整できたかどうかを示し、例えば、駆動指令が出力可能な最大値又は最小値に到達した場合、ブレーキに関連した何らかの異常が発生していることを操作者に対して警告する。

なお、上記実施例では、１つの可動テーブルに対して一対のブレーキレールが用意され、各ブレーキレールに対してそれぞれ１個のブレーキユニットが設けられている例について説明した。しかし、ブレーキレールは２本とは限らない。例えば、ブレーキレールが１本の場合には、その１本のブレーキレールを両側から挟み込むように２つのブレーキユニットを取り付ける、あるいは１本のブレーキレールを片側から押圧するように２つのブレーキユニットを並べて取り付けることができる。このとき、可動テーブル移動方向の押圧分力が互いに逆向きになるように、２つのブレーキユニットの押圧方向を設定することで、本発明のステージ位置決め制御方法を実行可能である。

また、ブレーキユニットは、可動テーブル移動方向の押圧分力が互いに逆方向になるようにブレーキレールに対する押圧方向が設定された２個のブレーキユニットを用いるのが好ましいが、１個のブレーキユニットだけを有する可動テーブルに対しても、本発明のステージ位置決め制御方法を適用することは可能である。ただし、この場合には、ブレーキユニットに、ブレーキレールに対する押圧方向を調整できる機構が必要である。そして、ブレーキユニットによる水平方向の押圧分力が可動テーブル位置決め直後のモータ推力と同じ方向になるように、登録された測長点ごとにブレーキユニットの押圧方向を調整した上で、モータ推力を所定の閾値以下とするブレーキ駆動指令を求める。ブレーキ制御パラメータ記憶手段には、登録された測長点ごとに、ブレーキユニットの押圧方向の情報と共に最適なブレーキ駆動指令の値を記憶しておく。自動測長時には、各測長点でステージを停止した後、ブレーキ制御パラメータ記憶手段に記憶した押圧方向の情報を参照してブレーキユニットの押圧方向を調整した後、ブレーキ制御パラメータ記憶手段に記憶したブレーキ駆動指令をブレーキ制御手段に出力し、最後にリニアモータのサーボ制御をオフにすることによりステージの位置決めを完了する。

なお、上記実施例で述べたステージ位置決め方法では、最後にサーボ制御をオフにすることとしたが、ブレーキ制御後にモータ推力がゼロに近づいて許容値内になっていれば、サーボ振動は抑制された状態となっている可能性があるため、その場合は、サーボ制御をオフにしない方法も可能である。

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ブレーキユニット
１１６ Ｘサブガイド
１１７ サブテーブル
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ブレーキユニット
１２６ Ｙサブガイド
１３０ トップテーブル
１３１ Ｘミラー
１３２ Ｙミラー
１３３ 試料ホルダ
２００ 可動テーブル
２０１ａ，２０１ｂ ブレーキパッド
２０２ａ，２０２ｂ ブレーキレール
２０３ａ，２０３ｂ ブレーキ押圧のブレーキレールに対して垂直方向の分力
２０４ａ，２０４ｂ ブレーキ押圧のブレーキレールに対して水平方向の分力
７００ ブレーキ制御パラメータ表示画面
７０１ ブレーキ制御パラメータテーブル

Claims (13)

1. 案内機構に沿って移動する可動テーブルと、前記可動テーブルを駆動する駆動機構と、前記可動テーブルを制動する制動機構と、前記駆動機構と前記制動機構を制御する制御部とを有するステージ装置において、
   前記制御部は、前記可動テーブルを所定位置に位置決めするとき、前記駆動機構をサーボ制御して前記可動テーブルを前記所定位置に移動し停止させた後、前記駆動機構に対するサーボ制御の駆動指令が許容値以内となるように前記制動機構に対する駆動指令を調整することを特徴とするステージ装置。
2. 請求項１記載のステージ装置において、前記制動機構に対する駆動指令を調整した後、前記駆動機構に対するサーボ制御をオフにすることを特徴とするステージ装置。
3. 請求項１記載のステージ装置において、前記調整した前記制動機構に対する駆動指令を記憶する記憶部を有し、前記可動テーブルを前記所定位置に再度位置決めする際に、前記制御部は、前記駆動機構をサーボ制御して前記可動テーブルを前記所定位置に移動し停止させた後、前記記憶部に記憶した駆動指令を用いて前記制動機構を駆動制御することを特徴とするステージ装置。
4. 請求項１記載のステージ装置において、前記駆動機構はリニアモータであり、前記駆動機構に対する駆動指令は前記リニアモータに対する推力指令であることを特徴とするステージ装置。
5. 請求項１記載のステージ装置において、
   前記制動機構は、前記可動テーブルの移動方向に沿って設置されたブレーキレールと、前記可動テーブルに搭載されたブレーキユニットとを備え、
   前記ブレーキユニットは、駆動源となるピエゾ素子と、前記ピエゾ素子の変位を拡大する機構と、前記変位を拡大する機構の先端部に固定されたブレーキパッドとを備え、前記ピエゾ素子の変位を拡大する機構により前記ブレーキパッドを前記ブレーキレールに押圧することにより制動力を発生することを特徴とするステージ装置。
6. 請求項５記載のステージ装置において、前記ブレーキユニットを２つ備え、前記２つのブレーキユニットは前記可動テーブルの移動方向の押圧分力が互いに逆方向を向いていることを特徴とするステージ装置。
7. 請求項３記載のステージ装置において、前記制御部は、前記記憶部に記憶した駆動指令を用いて前記制動機構を駆動制御した後、前記駆動機構に対するサーボ制御の駆動指令が前記許容値を超えていた場合、当該駆動指令が前記許容値以内となるように前記制動機構に対する駆動指令を微調整し、微調整後の前記制動機構に対する駆動指令を前記記憶装置に記憶することを特徴とするステージ装置。
8. 案内機構に沿って移動する可動テーブルと、前記可動テーブルを駆動する駆動機構と、前記可動テーブルを制動する制動機構とを有するステージ装置のステージ位置決め制御方法において、
   前記駆動機構をサーボ制御して前記可動テーブルを所定位置に移動し停止させる工程と、
   前記可動テーブルが停止した状態で、前記駆動機構に対するサーボ制御の駆動指令が許容値以内となるように前記制動機構に対する駆動指令を調整する工程と、
   その後、前記駆動機構に対するサーボ制御をオフにする工程と
   を有することを特徴とするステージ位置決め制御方法。
9. 請求項８記載のステージ位置決め制御方法において、
   前記調整した駆動指令を記憶する工程と、
   前記可動テーブルを前記所定位置に再度位置決めする際に、前記駆動機構をサーボ制御して前記可動テーブルを前記所定位置に移動し停止させる工程と、
   前記記憶した駆動指令を用いて前記制動機構を駆動制御する工程と
   を有することを特徴とするステージ位置決め制御方法。
10. 請求項８記載のステージ位置決め制御方法において、前記駆動機構はリニアモータであり、前記駆動機構に対する駆動指令は前記リニアモータに対する推力指令であることを特徴とするステージ位置決め制御方法。
11. 請求項８記載のステージ位置決め制御方法において、
    前記制動機構は、前記可動テーブルの移動方向に沿って設置されたブレーキレールと、前記可動テーブルに搭載されたブレーキユニットとを備え、
    前記ブレーキユニットは、駆動源となるピエゾ素子と、前記ピエゾ素子の変位を拡大する機構と、前記変位を拡大する機構の先端部に固定されるブレーキパッドとを備え、前記ピエゾ素子の変位を拡大する機構により前記ブレーキパッドを前記ブレーキレールに押圧することによって制動力を発生し、
    前記制動機構に対する駆動指令を調整する工程では、前記ピエゾ素子に対する印加電圧を段階的に変化させ、前記駆動機構に対する駆動指令が０に近づくように調整することを特徴とするステージ位置決め制御方法。
12. 請求項１１記載のステージ位置決め制御方法において、前記ブレーキユニットを２つ備え、前記２つのブレーキユニットは前記可動テーブルの移動方向の押圧分力が互いに逆方向を向いていることを特徴とするステージ位置決め制御方法。
13. 請求項９記載のステージ位置決め制御方法において、
    前記記憶した駆動指令を用いて前記制動機構を駆動制御した後、前記駆動機構に対するサーボ制御の駆動指令が前記許容値を超えているか否かを判定する工程と、
    前記駆動機構に対するサーボ制御の駆動指令が前記許容値を超えていた場合、当該駆動指令が前記許容値以内となるように前記制動機構に対する駆動指令を微調整する工程と、
    前記微調整後の前記制動機構に対する駆動指令を記憶する工程と
    を有することを特徴とするステージ位置決め制御方法。

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