JPH07272660A

JPH07272660A - 試料ステージ駆動装置

Info

Publication number: JPH07272660A
Application number: JP5747694A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Matsutani; 幸松谷
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】バックラッシュの影響を無くし、操作手段か
らの指示により正確にステージの移動を行うことかでき
る試料ステージ駆動装置を実現する。【構成】操作装置７からステージの移動方向の反転を
指示したとき、制御部８はバックラッシュの影響がなく
なるまで、つまり、ステージの駆動部３の反転方向の駆
動に対し、試料位置検出装置１０から最初に試料ステー
ジ１の位置の変化を検出するまで、移動の指示を駆動部
３に対して行う。この時の駆動部の駆動の速度は極めて
速く設定される。試料位置検出装置１０から試料ステー
ジ１の移動開始の信号が得られた時、制御部８は、駆動
部３に対して操作装置７から指示された距離に対応した
駆動信号を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査電子顕微鏡や電子
プローブマイクロアナライザなどにおいて、試料ステー
ジを移動させる際に用いて最適な試料ステージ移動装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡などでは、観察試料を試
料ステージ上に載せ、この試料ステージを適宜移動させ
ながら試料の任意部分の観察を行っている。この試料ス
テージの移動は、機械的に行われており、例えば、マイ
クロステップモータなどの駆動機構を用いて精密に移動
させられている。また、試料の位置検出はリニアエンコ
ーダなどによって行われる。これらの駆動機構や位置検
出技術を用いて試料の移動を行う場合、その移動の最小
移動単位や位置制御単位は、圧電素子などを用いなくと
も、０．０１μｍオーダーあるいはそれ以下となる。

【０００３】一方、試料ステージの移動機構において、
モータの回転を試料ステージの移動に伝達するために使
用されている精密ボールネジのバックラッシュは、モー
タなどの駆動部の回転力などを伝達したり、減速したり
するギア部分で発生するバックラッシュ（１〜２μｍ）
と比較すれば十分小さい。しかしながら、試料ステージ
としては無視し得ないバックラッシュとして残る。この
バックラッシュの存在のため、試料ステージを一方向に
移動させ、次に逆方向に再び移動させた場合などでは、
指定した移動量に対応した信号によってモータなどの駆
動部を制御しても、試料ステージは正確に移動されない
ことになる。もちろん、バックラッシュがあると、観察
視野を移動させるためにステージを移動させても、バッ
クラッシュが解消されるまで、陰極線管画面上の像の移
動がなく、観察者に違和感を与えることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来装置では、試料位
置を随時制御するため、試料位置をジョイスティック操
作手段や表示装置上の操作手段を用いており、このよう
な操作手段により、例えば、０．１μｍ以下の小さな移
動ステップ単位でステージを移動できる機能を有するよ
うにしている。しかしながら、上記したバックラッシュ
があるにも拘らず、このような操作手段にはバックラッ
シュの影響除去の対策は講じられていない。

【０００５】バックラッシュの影響を除く一つの方式と
して、バックラッシュの影響がなくなるまではモータの
高速駆動を行うことが考えられている。しかしながら、
バックラッシュの大きさはモータ回転の伝達系、例え
ば、ギアの噛み合わせなどにおいて、どの回転位置でも
一定とは限らない。また、バックラッシュの量を機械的
な組み立て誤差の点で一定の値にすることは困難であ
る。

【０００６】上記した内容を図により更に説明する。図
１はバックラッシュの発生を説明するための図であり、
横軸は駆動部の移動量、縦軸は実際のステージの移動量
である。実際の移動として、Ｓ₁からＳ₂間で駆動し、そ
の後、逆にＳ₂からＳ₁に駆動する場合がα（実線）であ
る。このときのバックラッシュの量はＡ₁となる。ま
た、実際の移動として、Ｓ₃からＳ₄間で駆動し、その
後、逆にＳ₄からＳ₃に駆動する場合がβ（点線）であ
る。このときのバックラッシュの量はＡ₂となる。その
結果、モータの高速駆動による一定量のバックラッシュ
の補正を行う解決方式は、回転位置によってバックラッ
シュの量が異なるため、実際上バックラッシュの影響が
なくなるまでモータの高速駆動を正確に行うことは不可
能で、時として目標位置に到達しなかったり、目標位置
を通り越してステージが停止することになる。

【０００７】図２は上記した問題点を示したもので、走
査電子顕微鏡における陰極線管の画面Ｉを示している。
この画面Ｉ上に表示されている像Ｑを画面中心Ｏに位置
させる場合、例えば、ジョイスティックなどの操作手段
を用いて指示する。この場合、ＱからＯへの移動が反転
移動状態のとき、実際のバックラッシュが一定量のバッ
クラッシュ補正量よりも多い場合には目標位置に到達せ
ず、像部分はＰ₁に位置することになる。また、実際の
バックラッシュ量が一定量のバックラッシュ補正量より
も少ない場合には補正量だけ高速駆動によりステージを
移動させても、前記したように目標位置Ｏを通り越して
像部分はＰ₂に位置することになる。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、バックラッシュの影響を無くし、
操作手段からの指示により正確にしかも操作者の意図し
たようにステージの移動を行うことかできる試料ステー
ジ駆動装置を実現するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく試料ステ
ージ駆動装置は、試料が載せられた試料ステージと、試
料の位置を検出する試料位置検出手段と、試料ステージ
を移動させるための駆動手段と、試料ステージの移動を
操作する操作手段と、操作手段からの信号に基づいて駆
動手段を制御する制御部とを備えており、該制御部は、
操作手段からの試料の移動についての信号と試料位置検
出手段からの試料の実際の移動を示す信号とに基づいて
駆動手段を制御するように構成したことを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】本発明に基づく試料ステージ駆動装置は、試料
の位置を検出する試料位置検出手段からの試料の実際の
移動を示す信号に基づいて試料ステージの駆動の制御を
行い、バックラッシュを解消させるステージの駆動を急
速に行うと共に、その後のステージの移動を正確に行
う。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図３は本発明の一実施例である走査電子顕
微鏡の要部を示しており、１は試料ステージである。ス
テージ１の上には試料２が載せられており、また、この
試料の上方には図示していないが、電子銃や電子銃から
の電子ビームを集束するレンズ、電子ビームを偏向する
偏向コイルなどが設けられている。試料２への電子ビー
ムＥＢの照射により発生した、例えば２次電子は２次電
子検出器３によって検出される。検出器３の検出信号は
増幅器４を介して陰極線管５に供給される。

【００１２】試料ステージ１は駆動部６によって２次元
的に移動させられるが、この駆動部６は、ステッピング
モータや直流モータと精密ボールネジなどの組み合わせ
が用いられる。７はジョイスティック操作装置であり、
この操作装置７によって試料ステージ１の移動の制御信
号が発生させられる。ジョイスティック操作装置７は試
料ステージ１を操作するための一例として示したもの
で、この操作装置としては、コンピュータのキーボード
やマウスなどによる表示装置（ＣＲＴなどのディスプレ
イ）上の操作装置を用いても良い。

【００１３】８は制御部であり、制御部８は試料ステー
ジ１の駆動部６を制御する。制御部８は操作装置からの
指令のみならず、コンピュータ９からの指令により、試
料ステージ１を所定の目標位置に動かすこともできる。
１０は試料位置検出装置であり、この試料位置検出装置
１０としてはリニアエンコーダやレーザ干渉計などが用
いられる。これらの装置の原理や種類については例えば
「知りたい測定の自動化」（監修；沢辺雅二，ジャパ
ンマシニスト社第２版，１９８７年）に紹介されてい
る。この試料位置検出装置１０からの信号は制御部８に
供給される。このような構成の動作を次に説明する。

【００１４】制御部８は、操作装置７からの指示、ある
いは、コンピュータ９からの指示による試料ステージ１
の移動方向を保持する。例えば、制御部８は、内部にス
テージの状態についてのコードＳｋ（ｋ＝１，２，３，
……）を有しているが、このコードＳｋは試料ステージ
の各移動軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸など）に対応している。
このコードＳｋは、試料ステージ１の座標値Ｘｋが増加
してステージ１が停止した時にＳｋ＝１の値を保持し、
逆に、ステージ１の座標値Ｘｋが減少してステージ１が
停止した時にＳｋ＝０を保持する。

【００１５】この結果、操作装置７からステージのＸｋ
軸の移動方向の反転を指示したとき、Ｓｋの値は変化す
る。Ｓｋの値に変化があったとき、制御部８はＸｋ軸の
移動する方向に対し、バックラッシュの影響がなくなる
まで、つまり、ステージの駆動部３の反転方向の駆動に
対し、試料位置検出装置１０から最初に試料ステージ１
の位置の変化を検出するまで、移動の指示を駆動部３に
対して行う。この時の駆動部の駆動の速度はサブミノロ
ンの移動を行う時の速度に比較すれば高速で移動を開始
し、高速で移動を停止できるので極めて速く設定され
る。試料位置検出装置１０から試料ステージ１の移動開
始の信号が得られた時、制御部８は、駆動部３に対して
操作装置７から指示された距離に対応した駆動信号を与
える。この時の駆動信号に基づく試料ステージ１の移動
は、バックラッシュの影響が既になくなったものである
ため、移動精度に影響を与えない範囲で速やかに与えら
れた量だけ移動を行うことができる。そしてバックラッ
シュの影響が無くなった後は操作装置７からの指示によ
る速度を通常速度に戻して設定すれば良い。

【００１６】一方、ステージ１を特定方向に駆動して停
止させ、その後、更に特定方向に対して駆動する場合、
Ｓｋの値に変化は生じない。この場合、操作装置７から
の駆動の指示があると、制御部８は駆動部３に対して移
動の指示をするが、この時は試料位置検出装置１０から
の信号に関係なく操作装置１０において指示された量だ
けステージ１を移動させるための信号を駆動部３に対し
て送る。

【００１７】以上本発明の一実施例を詳述したが、本発
明はこの実施例に限定されない。例えば、走査電子顕微
鏡を例に説明したが、電子プローブマイクロアナライザ
などの試料を微小量移動させる他の装置にも適用するこ
とができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく試
料ステージ駆動装置は、試料の位置を検出する試料位置
検出手段からの試料の実際の移動を示す信号に基づいて
試料ステージの駆動の制御を行い、バックラッシュを解
消させるステージの駆動を急速に行うと共に、その後の
ステージの移動を正確に行うようにした。その結果、バ
ックラッシュ分の影響をほとんど無くすことができる。
すなわち、バックラッシュ分の駆動部における駆動は、
極めて高速に行えるので、画面を観察している観察者
に、視野の移動を指示しても視野がなかなか移動しない
という違和感を与えることはない。また、試料ステージ
のオーバーランの可能性も小さくできる。そして、試料
ステージの正確な位置設定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックラッシュの発生を説明するための図であ
る。

【図２】バックラッシュの問題点を示す図である。

【図３】本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の要部
を示す図である。

【符号の説明】

１試料ステージ２試料３２次電子検出器４増幅器５陰極線管６駆動部７ジョイスティック操作装置８制御部９コンピュータ１０試料位置検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料が載せられた試料ステージと、試料
の位置を検出する試料位置検出手段と、試料ステージを
移動させるための駆動手段と、試料ステージの移動を操
作する操作手段と、操作手段からの信号に基づいて駆動
手段を制御する制御部とを備えており、該制御部は、操
作手段からの試料の移動についての信号と試料位置検出
手段からの試料の実際の移動を示す信号とに基づいて駆
動手段を制御するように構成した試料ステージ駆動装
置。