JPH10283964A - 試料ステージ移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料ステージを高精度に記憶位置に復帰させ
る。 【解決手段】 試料ステージの位置を記憶するに際して
は、当該記憶位置の座標と、移動方向を記憶する。試料
ステージの位置を記憶位置に復帰させる場合には、当該
記憶位置の座標及び移動方向と、現在位置の座標とか
ら、現在位置から直接記憶位置に移動できるか否かを判
断し、直接移動できない場合には、現在位置から一旦経
由する位置を求め、試料ステージを現在位置から当該経
由する位置に一旦移動させ、そこから記憶位置に移動さ
せるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型電子顕微鏡（以
下、ＴＥＭと称す）に用いて好適な試料ステージ移動装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＥＭで試料の像を観察する場合、現在
蛍光板上で観察している視野の位置における試料ステー
ジの座標を一旦記憶させ、その後に試料ステージを当該
座標に戻して再び像を観察できると便利な場合がある。
特に、近年のＴＥＭの試料ステージはコンピュータ制御
されているので、試料ステージを予め記憶された座標に
復帰させることは困難ではない。

【０００３】しかし、高倍率で像観察を行う場合、例え
ばｎｍオーダーの高精度に試料ステージの位置を再現す
ることは非常に困難である。それは、試料ステージの駆
動機構のバックラッシュ、撓み等の、いわゆるガタある
いは遊び等と称される現象によって試料ステージを移動
させる際に誤差を生じてしまうからである。なお、以下
においてはこれらを総称して「ガタ」と称することにす
る。

【０００４】そこで、試料ステージの位置を先に記憶さ
れた位置（以下、これを記憶位置と称す）に復帰させる
場合に、試料ステージを、当該位置を記憶したときに試
料ステージを移動させてきた方向と同じ方向から移動さ
せるようになされているものがある。このようにすれ
ば、試料ステージを記憶位置に復帰させるときに駆動機
構のガタによって誤差が生じたとしても、その誤差は当
該記憶位置を記憶する際に生じた誤差と同じになるの
で、試料ステージの位置の再現精度を向上させることが
できることは明らかである。このような手法は、一般の
ステージの駆動の手法としてよく知られている方法であ
る。

【０００５】図４を参照して具体的に説明すると次のよ
うである。図４において、横軸は試料ステージのＸ軸座
標を示し、縦軸は試料ステージのＹ軸座標を示してい
る。また、Ａで示す位置は記憶位置であり、その位置は
（Ｘ_a ，Ｙ_a ）であるとする。ここで、記憶位置Ａを記
憶する際に、試料ステージをＣで示す位置から直線的に
Ｂ（Ｘ_b ，Ｙ_b ）の位置に移動させ、次にＢの位置から
直線的にＡの位置に移動させて、このＡの位置を記憶さ
せたとする。

【０００６】そして、いま試料ステージがＣの位置にあ
るとして、記憶位置Ａに復帰させようとする場合、Ｃの
位置から直接記憶位置Ａに移動させると試料ステージの
駆動機構のガタによって誤差が生じる可能性がある。な
ぜなら、Ｃの位置から記憶位置Ａに直接移動させるとき
の駆動機構のガタによる誤差と、当該記憶位置Ａを記憶
する際にＣの位置からＢの位置に移動し、更にＢの位置
から記憶位置Ａに移動したときの駆動機構のガタによる
誤差とは一般的に異なるからである。

【０００７】これに対して、試料ステージをＣの位置か
ら記憶位置Ａに復帰させる場合に、記憶したときの動き
と同じにＣの位置から一旦Ｂの位置に移動させ、次にＢ
の位置から記憶位置Ａに移動させれば、駆動機構のガタ
による誤差はＡの位置を記憶するときと、Ａの位置に復
帰させるときと同じになり、従って試料ステージの位置
を高精度に再現することができることは明らかであろ
う。

【０００８】なお、△Ｘ，△Ｙの値は、それぞれ試料ス
テージの駆動機構のＸ軸方向、Ｙ軸方向のガタの範囲よ
り大きな値を有する固有値とすると、図４においては、 │Ｘ_a −Ｘ_b │≧△Ｘ │Ｙ_a −Ｙ_b │≧△Ｙ となされている。即ち、操作者は試料ステージを移動さ
せるについては、試料ステージの駆動機構のＸ軸方向、
Ｙ軸方向のガタの範囲より大きく移動させるようにする
のである。図５はそのことを説明する図であり、図５の
Ｐで示す位置を記憶させたい試料ステージの位置とする
と、図中ハッチングで示す範囲外の位置から直線的に位
置Ｐまで試料ステージを移動させる必要があるのであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、試料ス
テージを記憶位置に復帰させる場合には、可能な限り当
該位置を記憶したときと同じ動きで移動させるようにし
たいのであるが、そのためには、操作者は、試料ステー
ジを移動させる際に試料ステージの座標系における動き
を正しく理解している必要がある。

【００１０】しかし、これは非常に難しいことである。
即ち、操作者は蛍光板状の試料の像を観察しながら試料
ステージを移動させることはいうまでもないが、蛍光板
上の像は対物レンズから投影レンズまでのレンズ系の作
用により像回転を生じているため、蛍光板上の横軸方
向、縦軸方向がそれぞれ試料ステージ上のＸ軸方向、Ｙ
軸方向と一致するとは限らず、試料ステージの座標系
と、蛍光板上の座標系とを対応させることは非常に難し
いことなのである。

【００１１】また、近年、ＴＥＭにおいては像回転を積
極的に行わせるような機能が組み込まれているものがあ
るが、この種のＴＥＭの場合、試料ステージの座標系に
おける試料移動方向と、蛍光板上での像の移動方向とを
とっさに対応付けることは非常に困難である。

【００１２】更に、試料の像をＣＲＴ等の表示装置上で
観察しながらマウスで試料移動を行うようになされてい
るＴＥＭも知られているが、この種のＴＥＭにおいて
は、像回転が生じていてもマウスの移動方向と像の移動
方向を一致させるような補正処理がなされているため、
この種のＴＥＭでは移動方向の対応付けは殆ど不可能で
ある。

【００１３】以上のようであるので、従来においては、
試料ステージを記憶位置に復帰させる場合に、当該記憶
位置を記憶したときと同様な動きで移動させるようにす
ることは非常に難しいものであり、その結果、高精度に
記憶位置に移動させることが難しいものであった。

【００１４】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、試料ステージの位置を記憶させる際に、試料ステ
ージの座標系での試料ステージの動きと、蛍光板上の座
標系における像の動きとの対応付けを理解する必要がな
く、試料ステージの記憶位置への復帰を容易、且つ高精
度に行うことができる試料ステージ移動装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の試料ステージ移動装置は、試料ステージ
を移動させる駆動手段と、指示された記憶位置の試料ス
テージの位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段
によって今回指示された記憶位置の位置、その直前に指
示された記憶位置から今回指示された記憶位置までの移
動方向を記憶すると共に、ある記憶位置への復帰が指示
された場合には、当該記憶位置の位置と前記移動方向と
に基づいて、現在位置から当該指示された記憶位置まで
の移動方向を演算し、駆動手段を制御して移動させる制
御手段とを備えることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ実施の形
態について説明する。図１は本発明に係る試料ステージ
移動装置の一実施形態を示す図であり、図中、１は試
料、２は試料ステージ、３はＸ軸駆動機構、４はＸ軸位
置検出器、５はＹ軸駆動機構、６はＹ軸位置検出器、７
は駆動制御部、８は主制御部、９は操作部、１０はメモ
リ、１１は表示部を示す。

【００１７】観察の対象である試料１は試料ステージ２
に載置されている。ＴＥＭの場合、実際には試料１は試
料ホルダに装着され、その試料ホルダを試料ステージに
固定するのであるが、図１ではその構造は省略してい
る。

【００１８】まず、図１に示す構成の各部の概略につい
て説明する。試料ステージ２は、いわゆる２軸ステージ
であればどのような構造のものでもよい。Ｘ軸駆動機構
３及びＹ軸駆動機構５は、試料ステージ２を移動させる
機能を持つものであればどのような構造のものであって
もよい。

【００１９】Ｘ軸位置検出器４はＸ軸駆動機構３の動き
に基づいて、試料ステージ２の座標系におけるＸ軸方向
位置を検出して、駆動制御部７に通知するものであり、
試料ステージ２の現在のＸ軸方向位置を検出でき、且つ
データ転送の機能を有するものであればどのような構造
のものでもよい。同様に、Ｙ軸位置検出器６はＹ軸駆動
機構５の動きに基づいて、試料ステージ２の座標系にお
けるＹ軸方向位置を検出して駆動制御部７に通知するも
のであり、試料ステージ２の現在のＹ軸方向位置を検出
でき、且つデータ転送の機能を有するものであればどの
ような構造のものでもよい。

【００２０】主制御部８は、ＣＰＵ及びその周辺回路か
らなり、当該試料ステージ移動装置の動作を統括して管
理するものである。また、主制御部８は後述する処理を
実行する。駆動制御部７は、主制御部８からの指示に応
じてＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５を制御するもので
ある。操作部９は、操作者が試料ステージ２の移動、そ
して試料ステージ２の位置の記憶、更には記憶させた位
置に試料ステージ２を復帰させる際に使用するものであ
り、トラッカーボール、マウス、ジョイスティック等で
構成される。

【００２１】表示部１１はＣＲＴ等の表示手段で構成さ
れており、試料ステージ２の位置を記憶させたり、ある
いは記憶されている位置へ試料ステージ２を復帰させた
りする際の操作インターフェースとして使用されるもの
である。

【００２２】次に、試料ステージ２の位置を記憶させる
場合の動作について説明する。この場合、操作者は、蛍
光板（図１には図示せず）を観察しながら操作部９によ
り試料ステージ２を移動させる操作を行う。いま、操作
者が試料ステージ２をある方向にある量だけ移動させる
操作を行ったとすると、主制御部８は操作部９での操作
内容を検知し、駆動制御部７に対して当該方向へ、当該
量の移動を指示する。これに応じて駆動制御部７は試料
ステージ２を当該方向へ、当該量だけ移動させるにはＸ
軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５をどれだけどちらの方向
へ駆動すればよいかを演算し、その結果得られたＸ軸駆
動方向、Ｘ軸駆動量をＸ軸駆動機構３に与えると共に、
Ｙ軸駆動方向、Ｙ軸駆動量をＹ軸駆動機構５に与える。
以上の動作によって、試料ステージ２は操作部９で操作
された通りの方向に操作された通りの量だけ移動するの
で、蛍光板の視野内の試料１の像は移動することにな
る。

【００２３】そして、後で観察したい像が蛍光板の視野
の中心にきたとき、操作者は操作部９により位置記憶の
操作を行う。このとき、駆動制御部７は、Ｘ軸位置検出
器４から転送された最終的なＸ座標及びＹ軸位置検出器
６から転送された最終的なＹ座標、及びどの方向から当
該位置に移動してきたかを示す移動方向情報を主制御部
８に渡す。これに応じて、主制御部８は移動方向情報か
ら試料ステージ２の駆動状態を求める。この駆動状態
は、試料ステージ２が当該記憶位置に移動されたときの
概略の移動方向を示すことができればよいので詳細な移
動方向は必要ではなく、例えば、図２において〜で
示すような直交する４方向だけでよい。従って、主制御
部８は駆動制御部７から渡された移動方向情報が示して
いる移動方向を図２の４方向の何れかの方向に丸め込む
処理を行う。なお、図２においてＰは今回記憶する位置
を示している。

【００２４】そして、主制御部８は、駆動制御部７から
渡された当該位置のＸ座標、Ｙ座標及び求めた駆動状態
を当該記憶位置に関する情報としてメモリ１０に記憶す
ると共に、表示部１１に当該記憶位置の座標値及び駆動
状態を表示する。これによって当該位置が記憶されたこ
とになる。

【００２５】以上のようであるので、操作者は、蛍光板
上の像の移動方向と、試料ステージ２の実際の移動方向
を関連付けながら移動させる必要はなく、単に操作部９
によって試料ステージ２を移動させて、観察したい位置
が蛍光板の視野の中心にきたときに操作部９によって当
該位置を記憶させる操作を行えばよい。

【００２６】次に、試料ステージ２を先に記憶された記
憶位置に復帰させる場合の動作について説明する。ここ
では、現在試料ステージ２はＲの位置におり、この位置
Ｒから先に記憶した位置Ｐに復帰させる場合を例にとっ
て説明する。

【００２７】この場合、操作者は表示部１１で復帰させ
たい記憶位置Ｐを指示する。これに応じて主制御部８は
指示された記憶位置に関するＸ座標、Ｙ座標及び駆動状
態をメモリ１０から読み出す。ここでは位置Ｐの座標は
（Ｘ_M ，Ｙ_M ）とし、駆動状態は図２のの方向である
とする。

【００２８】次に、主制御部８は、現在の位置と、読み
出した駆動状態と、記憶位置Ｐの座標とから、現在の位
置Ｒから直接記憶位置Ｐに移動できるか否か、直接移動
できない場合には現在位置Ｒからどの位置に一旦移動さ
せればよいかを演算する。

【００２９】現在位置Ｒから見たとき記憶位置Ｐが概略
図２ので示す方向にあり、しかも現在位置Ｒと記憶位
置ＰとのＸ方向距離、Ｙ方向距離が共にＸ軸駆動機構３
のガタの範囲、Ｙ軸駆動機構５のガタの範囲より大きい
場合には、現在位置Ｒから記憶位置Ｐに直接移動させる
ことが可能であるが、図３の場合には方向は概略図２の
の方向と同様であるが、現在位置Ｒと記憶位置Ｐとの
Ｘ方向の距離は小さく、Ｘ軸駆動機構３のガタの範囲内
なので、現在位置Ｒから記憶位置Ｐへ直接移動させるこ
とはできない。

【００３０】この場合、主制御部８は、記憶位置Ｐの駆
動状態を考慮して、位置Ｑ（Ｘ_M −△Ｘ，Ｙ_M −△Ｙ）
を求め、現在位置Ｒから一旦Ｑの位置に移動させ、Ｑの
位置から記憶位置Ｐに移動させるようにする。ここで、
△Ｘ，△Ｙは、上述したように、それぞれ、試料ステー
ジ２のＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構５のガタの範囲よ
り大きな値を有する固有値である。

【００３１】そして、主制御部８は、駆動制御部７に対
して、試料ステージ２を現在位置Ｒから一旦位置Ｑに移
動させ、次に、位置Ｑから記憶位置Ｐに移動させるよう
に指示する。このことによって、試料ステージ２は記憶
位置Ｐを記憶したときにＸ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構
５が移動していた方向と概略同じ方向から記憶位置Ｐに
移動されることになる。

【００３２】このように、記憶位置に復帰される場合の
試料ステージの動きは、当該記憶位置を記憶するときの
試料ステージの動きと概ね同様になるので、記憶位置を
記憶するときの駆動機構のガタによる誤差と、試料ステ
ージを当該記憶位置に復帰させるときの駆動機構のガタ
による誤差との差異は従来よりも小さくなり、以て試料
ステージを高精度に記憶位置に移動させるようにするこ
とができるのである。

【００３３】なお、試料ステージ２の移動速度が大きす
ぎると記憶位置をオーバーランしてしまう可能性が大き
くなるため、図３において位置Ｑから記憶位置Ｐに移動
させる場合は、オーバーランしない程度の速度で移動さ
せるようにし、現在位置Ｒから位置Ｑへ移動する場合
は、ある程度オーバーランしても差し支えないので試料
ステージ２の最高速度で移動させるようにすればよい。
これによって記憶位置に復帰させるまでの時間を短縮す
ることができる。

【００３４】図３では記憶位置Ｐの駆動状態は図２の
で示す方向であるとしたが、駆動状態が図２のの方向
であるときにはＱの位置は（Ｘ_M ＋△Ｘ，Ｙ_M ＋△Ｙ）
となり、の方向であるときにはＱの位置は（Ｘ_M ＋△
Ｘ，Ｙ_M −△Ｙ）となり、の方向であるときにはＱの
位置は（Ｘ_M −△Ｘ，Ｙ_M ＋△Ｙ）となる。

【００３５】以上のようであるので、この試料ステージ
移動装置によれば、試料ステージ２を記憶された位置に
復帰させる場合に、当該記憶位置が記憶された際の試料
ステージ２の移動した向きと概略同じ向きに自動的に移
動されるので、記憶位置の再現精度が向上する。

【００３６】また、記憶位置に関する情報として、試料
ステージ２の位置に加えて試料ステージ２の駆動状態を
記憶させるため、試料ステージ２の位置を記憶させる際
に、試料ステージ２の動きを理解する必要がなくなり、
操作が極めて容易になり、しかも試料ステージの記憶位
置への復帰を高精度に行うことができるものである。

【００３７】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく
種々の変形が可能である。例えば、駆動機構のガタは一
種のヒステリシス現象であるため、駆動機構としてピエ
ゾ素子を用いた場合にも本発明を適用することができ
る。このとき、駆動状態はピエゾ素子に印加する電圧の
増減状態から求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る試料ステージ移動装置の一実施
形態を示す図である。

【図２】 駆動状態を説明する図である。

【図３】 図１の構成において、記憶位置Ｐに復帰させ
る場合の動作を説明するための図である。

【図４】 従来の手法において、記憶位置Ａに復帰させ
る場合の動作を説明するための図である。

【図５】 位置を記憶させる場合の試料ステージの移動
範囲を説明する図である。

【符号の説明】

１…試料、２…試料ステージ、３…Ｘ軸駆動機構、４…
Ｘ軸位置検出器、５…Ｙ軸駆動機構、６…Ｙ軸位置検出
器、７…駆動制御部、８…主制御部、９…操作部、１０
…メモリ、１１…表示部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料ステージを移動させる駆動手段と、 指示された記憶位置の試料ステージの位置を検出する位
   置検出手段と、 位置検出手段によって今回指示された記憶位置の位置、
   その直前に指示された記憶位置から今回指示された記憶
   位置までの移動方向を記憶すると共に、ある記憶位置へ
   の復帰が指示された場合には、当該記憶位置の位置と前
   記移動方向とに基づいて、現在位置から当該指示された
   記憶位置までの移動方向を演算し、駆動手段を制御して
   移動させる制御手段とを備えることを特徴とする試料ス
   テージ移動装置。