WO2012014371A1 - ステージ装置 - Google Patents

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WO2012014371A1
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stage
low
command value
pass filter
speed
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桃井 康行
恒一郎 竹内
要 高橋
羽根田 茂
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00Irradiation devices
    • G21K5/08Holders for targets or for other objects to be irradiated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/20Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
    • H01J2237/202Movement
    • H01J2237/20278Motorised movement

Definitions

  • the present invention relates to a stage in which an observation sample is mounted and moved to move an observation field in a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope.
  • SEM scanning electron microscope
  • a scanning electron microscope irradiates the surface of an observation sample with an electron beam (primary electron beam) while scanning it two-dimensionally, and thereby the intensity of secondary electrons generated secondary from the sample is scanned with the primary electron beam.
  • An observation image (SEM image) of the sample surface is acquired by using the luminance modulation input of the image generated by scanning synchronously. At this time, the sample surface to be observed is selected by moving a stage on which the sample provided in the scanning electron microscope is mounted.
  • an operator operates an operation input means such as a trackball while viewing an SEM image, and moves the stage until a target sample surface portion is obtained as an SEM image.
  • an operation input means such as a trackball
  • the number of cells passing on the SEM screen is measured by visual observation or image processing (cell count).
  • a method for determining whether the target portion has been reached is performed. In this case as well, it is required to move the stage at a constant speed so as to move the SEM image at a constant speed so as not to overlook the cell.
  • a position sensor such as a linear scale is used as means for detecting the position of the stage. This is because the sensor head moves on a scale provided with slits at regular intervals, a pulse is generated each time the sensor head passes over the slit, and the position is acquired by measuring the number of pulses.
  • the stage needs to be moved slower by the observation magnification even if the SEM image moves at the same speed.
  • the generation time interval of the pulses generated by the position sensor becomes long, so that a step-like speed may be required even though the speed is originally constant.
  • an object of the present invention is to provide a stage apparatus that can reduce speed fluctuation at a low speed.
  • a stage on which a sample is loaded and moved a driving means for driving the stage, a position detecting means for detecting the position of the stage, and a stage for operating the stage
  • a stage apparatus having a stage operation input means and a stage control means for controlling the stage in accordance with an input from the stage operation input means, a first low-pass filter for processing position information detected by the position detection means, and a stage operation input
  • An integrator that integrates the speed command value input from the means, a second low-pass filter that processes the output of the integrator and has the same frequency characteristics as the first low-pass filter, and the output of the first low-pass filter and the second Compensation means that performs control calculation from the deviation from the output of the low-pass filter, and the sum of the output of the compensation means and the speed command value
  • Providing a stage apparatus having a waveform outputting means for generating a drive signal for input to unit, and an amplifier for outputting to the drive unit amplifies the output of the waveform output
  • the frequency characteristics of the first low-pass filter and the second low-pass filter may be changed according to the speed command value.
  • parameters such as the gain of the compensation means may be changed according to the speed command value.
  • a speed command value generating means for generating a speed command value from the position command value input from the stage operation input means and the output of the first low-pass filter may be added and used as an input to the integrator. Good.
  • the present invention it is possible to provide a stage apparatus that can reduce speed fluctuation at a low speed. Furthermore, response delay can be improved.
  • stage apparatus of this invention It is a block diagram of the stage apparatus of this invention. It is a block diagram of the scanning electron microscope which uses a stage apparatus. It is a figure of the mechanism structure of a stage. It is the schematic explaining an example of the drive means of a stage. It is a figure explaining an example of the drive signal given to a drive means. It is a figure explaining the process of a waveform output means. It is a figure explaining the effect of the stage apparatus of this invention with respect to the stage apparatus by the conventional open control. It is a figure explaining the effect of the feedforward of the speed command value in the stage apparatus of this invention. It is another block diagram of the stage apparatus of this invention. It is a figure for demonstrating a speed command value production
  • the scanning electron microscope 1 includes a lens barrel 2, a sample chamber 3, a stage 11 and the like provided with an electron optical system.
  • the primary electron beam 5 generated from the electron gun 4 is irradiated to the sample 12 through the converging lens 6 and the objective lens 7, whereby the secondary electrons 9 generated from the sample 12 are detected by the secondary electron detector 10.
  • the primary electron beam 5 scans the surface of the sample 12 observed by the scanning polarizer 8 two-dimensionally.
  • the electron optical system control means 13 controls the scanning of the primary electron beam 5 by the scanning polarizer 8 and scans the intensity of the secondary electrons 9 detected by the secondary electron detector 10 in synchronization with the scanning of the primary electron beam.
  • An observation image (SEM image) of the sample surface is generated by using the luminance modulation input of the generated image.
  • the generated SEM image is displayed on the display device 14.
  • the sample 12 to be observed is mounted on the stage 11 placed in the sample chamber 3.
  • the stage 11 moves and rotates the sample 12, and has degrees of freedom such as horizontal direction (XY direction), vertical direction (Z direction), rotation (rotation around the Z axis), and tilt (in the figure, one degree of freedom). Only).
  • the stage control means 15 controls the stage 11 according to the input from the stage operation input means 16 which is an input device such as a trackball or a joystick. Further, as the stage operation input means 16, a PC connected via a network or serial may be used.
  • the sample surface to be observed is selected by positioning the stage 11.
  • the operator operates the stage operation input unit 16 while viewing the SEM image, and moves the stage 11 until the target observation site is obtained as the SEM image.
  • the stage 11 is moved at a constant speed by inputting the moving direction and speed from the stage operation input means 16 to the stage control means 15.
  • a method of determining whether or not the target part has been reached is also performed by measuring the number of cells passing on the SEM screen by visual observation or image processing by the operator.
  • the stage 11 attaches the sample to the movable table 101 and moves the sample by moving the movable table 101 along the guide rail 102 attached to the base 100.
  • a linear actuator is used as a driving means for moving the movable table. This is composed of a shaft 103 and a motor 104. When a drive signal is input to the motor 104, the motor 103 moves along the shaft 103.
  • the motor 104 is attached to the movable table 101 and the shaft 103 is attached to the base.
  • the shaft 103 may be attached to the movable table 101 and the motor 104 may be attached to the base.
  • a position detection means for detecting the position of the movable table 101 for example, a linear scale including a scale 105 and a sensor head 106 is used.
  • the scale 105 has slits at regular intervals, and a pulse is generated each time the sensor head 106 passes through the slit. The position can be acquired by measuring the number of pulses.
  • the scale 105 is attached to the base 100 and the sensor head is attached to the movable table 101.
  • a laser interferometer, a laser displacement meter, or the like may be used as the position detection means.
  • the stage control means 15 performs a control calculation from the command value input from the stage operation input means 16 and the position information detected by the position detection means, and operates the stage by outputting a drive signal to the motor 104.
  • FIG. 3 shows the configuration of a one-degree-of-freedom stage
  • a multi-degree-of-freedom stage can be configured by combining similar stages.
  • FIGS. 1-10 An example of the configuration of the driving means used in the stage of this embodiment and an example of a driving signal for driving the driving means will be described with reference to FIGS.
  • Inside the motor 104 there are drive elements 300, 301, 302, 303 in which laminated piezoelectric plates 300a, 300b are bonded together, and the tip of the drive element is pressed against the shaft 103 by a spring (not shown).
  • a drive signal is given to each of the laminated piezo plates bonded together, the drive element can be expanded and contracted according to the sum and difference of the signals.
  • each set of drive elements is connected to the shaft.
  • the motor can move along the shaft while repeating contact and separation.
  • FIG. 5 shows the waveform of the drive signal for one cycle, but this waveform may be repeatedly given when the motor is moved continuously. This is an example of the configuration of the driving means, and the technical idea of the present invention is not limited thereby.
  • a signal that has passed through the first low-pass filter 201 for removing a noise component from the position information acquired from the position detection unit 106 and a speed command value input from the stage operation input unit 16 are used.
  • the second low-pass filter 202 has the same frequency characteristics as the first low-pass filter.
  • the compensation unit 204 performs compensation such as PID.
  • the waveform output means 204 outputs a drive signal obtained by a method described later from the signal obtained by adding the speed command value to the output of the compensation means 203, amplifies it by the amplifier 205, and outputs it to the drive means 104.
  • the waveform output means stores a drive signal waveform for driving the drive means as shown in FIG. 5 in a table.
  • the index S representing the reference position of this table takes a real number.
  • ⁇ S is added to the previous index Si to obtain the current index Si + 1.
  • the output v from the waveform output means takes out the table storage values Vj and Vj + 1 at the addresses corresponding to the integers Pj and Pj + 1 before and after Si + 1, and calculates the output v by interpolation.
  • the stage apparatus of the present embodiment compensation is performed using the deviation between the integrated value of the speed command value and the position detected by the position detecting means. For this reason, in the prior art, the influence of the error included when estimating the speed at extremely low speed is eliminated, and stable operation can be realized. Moreover, the noise component contained in the position detected by the position detection means is reduced by the first low-pass filter. At this time, a response delay occurs due to the insertion of the first low-pass filter. Therefore, the phase shift can be eliminated by inserting a second low-pass filter having the same frequency characteristics as the first low-pass filter on the integral side of the speed command value.
  • FIG. 7 shows temporal changes in the moving distance and speed when the stage is moved at a constant speed by the open control and the stage apparatus of this embodiment.
  • speed fluctuation is observed, but this embodiment can reduce it.
  • a response delay at the time of rising is seen, but in this embodiment, the response delay can also be improved.
  • FIG. 8 is constant when the speed command value is added to the input to the waveform output means (with speed command value FF) and when the speed command value is not added (without speed command value FF) in the stage apparatus of this embodiment.
  • the time variation of the moving distance and speed when the stage is moved at speed is shown. From this, it can be seen that the effect of reducing the speed fluctuation (especially suppressing high frequency vibration) and improving the response delay is greater when the speed command value is added.
  • stage apparatus of this embodiment it is possible to reduce the speed fluctuation at the time of low-speed movement and further improve the response delay.
  • the frequency characteristics such as the cutoff frequency between the first low-pass filter 201 and the second low-pass filter 202 may be changed according to the speed command value.
  • the first low-pass filter removes a noise component included in the position information acquired by the position detection unit. For this reason, when moving the stage at a low speed, it is desirable to minimize the mixing of noise into the control system by setting the cutoff frequency of the low-pass filter low.
  • the moving speed of the stage is increased, there is a risk that fluctuations in position information due to speed fluctuations due to deformation of the stage driving means and driving force transmission system that should originally be suppressed may be removed. Therefore, when the speed command value is fast, the cutoff frequency of the low-pass filter is increased. Thereby, the effect of reducing the speed fluctuation can be improved.
  • various gains of the compensation means 203 may be changed according to the speed command value.
  • the effect of reducing the speed fluctuation and improving the response delay can be enhanced by increasing the proportional gain of the compensation means.
  • the noise mixed in the position information increases as the moving speed increases, it may be desirable to reduce the influence of noise by reducing the proportional gain or the like in addition to the noise removal by the low-pass filter. Thereby, the effect of reducing the speed fluctuation can be improved, and the stability of the control system can also be improved.
  • FIG. 9 shows another configuration example of the stage apparatus of the present embodiment.
  • a speed command value generation unit 207 that generates a speed command value from a given position command value (target position) and position information obtained from the position detection unit 106 through the first low-pass filter 201 is provided. .
  • a speed pattern as shown in FIG. 10 is generated and output.
  • This speed pattern is composed of the following four phases. (1) The speed command value is increased at a preset acceleration. (2) When the speed command value reaches the set speed Vmax, the speed command value is held. (3) When the current position reaches the deceleration start position, the command speed is decreased by a preset deceleration. (4) When the current position reaches the vicinity of the position command value, it is moved at a very low speed and positioned at the target position.

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Abstract

 走査電子顕微鏡で高倍率の観察を行うときに観察画像を一定速度で移動させるように、低速で試料搭載ステージを移動させたときの速度変動を低減させる。 位置検出手段(106)により検出された位置情報を第一のローパスフィルタ(201)を通して得られる位置情報と、ステージ操作入力手段から入力される速度指令値を積分し第一のローパスフィルタと同じ周波数特性をもつ第二のローパスフィルタ(202)を通して得られる指令値との偏差から補償手段(203)により制御量を求め、その制御量と速度指令値との加算値から波形出力手段(204)により駆動手段(104)へ出力する駆動信号を生成する。

Description

ステージ装置
 本発明は、走査電子顕微鏡などの荷電粒子線装置において、観察試料を搭載し移動させて観察視野の移動を行うステージに関する。
 代表的な荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、以下、SEM)の用途として、半導体パターンの欠陥や不良の観察があげられる。近年、半導体プロセスの微細化に伴い、走査電子顕微鏡には、より高い倍率での観察が要求されている。走査電子顕微鏡は、観察試料の表面へ電子ビーム(一次電子線)を二次元状に走査しながら照射し、これにより試料から二次的に発生する二次電子の強度を一次電子線の走査と同期して走査生成される画像の輝度変調入力とすることで、試料表面の観察画像(SEM画像)を取得する。このとき、観察対象となる試料表面の選択は、走査電子顕微鏡に備えられた試料を搭載するステージを移動することにより行われる。通常、操作者はSEM画像を見ながら、トラックボールなどの操作入力手段を操作して、目的とする試料表面部分がSEM画像として得られるまでステージを移動させる。この場合、操作者が現在の観察位置を把握しやすくするため、SEM画像が一定の速度で移動するようステージを一定の速度で移動させることが望ましい。また、半導体ウェハのように同じような微細なパターン(セル)が連続している試料を観察する場合には、目視もしくは画像処理によりSEM画面上を通過するセルの数を計測する(セルカウント)ことで、目的とする部分に到達したかを判定する方法が行われる。この場合も、セルの見落としがないようSEM画像を一定の速度で移動させるようステージを一定速度で移動させることが要求される。
 ステージを一定速度で動作させる方法としては、ステージを駆動する駆動手段へ一定の速度で移動させるための駆動信号を直接与えるオープン制御による方式や、速度フィードバック制御による方式が知られている。さらに、速度フィードバック制御による方式においても、位置検出手段により得られる位置情報を微分して速度を求めそれをフィードバックする方式、特許文献1にて開示されているように位置検出手段により得られる位置情報から状態オブザーバで速度を推定しフォードバックを行う方式が知られている。
特開2006-72941号公報
 従来から行われているオープン制御による方式においては、ステージ機構の摺動部の摩擦やステージに加わる負荷、さらには、駆動手段・駆動力伝達系の変形などにより、目標とする速度からのずれや、速度変動が生じてしまう。
 また、速度フィードバック制御を行う場合でも、高倍率での観察に使用する電子顕微鏡に従来技術を適用する場合に以下のような問題が生じる。ステージの位置を検出する手段として、リニアスケールなどの位置センサが用いられる。これは一定間隔にスリットがつけられたスケール上をセンサヘッドが移動し、センサヘッドがスリット上を通過するたびにパルスを発生させ、そのパルス数を計測することで位置を取得する。高倍率で観察を行う場合、SEM画像上では同じ速度で移動していても、ステージは観察倍率の分だけ遅く移動させる必要がある。低速でステージが移動する場合は、位置センサが発生するパルスの発生時間間隔が長くなるため、本来は一定の速度であるにもかかわらずステップ状の速度が求められる恐れがある。さらに、ステージの移動によるパルス変動に比べノイズによるパルス変動が大きくなるため、求められる速度の誤差は大きくなり、高い周波数成分のノイズが混入される恐れがある。これらの要因により、低速での速度変動や速度の誤差の低減が困難になることがある。
 そこで、本発明では、低速で速度変動を低減することができるステージ装置を提供することを目的とする。
 上記の目的を達成するために本発明では、試料を搭載し移動するステージと、ステージを駆動するための駆動手段と、ステージの位置を検出するための位置検出手段と、ステージを操作するためのステージ操作入力手段と、ステージ操作入力手段からの入力に従いステージを制御するステージ制御手段とをもつステージ装置において、位置検出手段により検出された位置情報を処理する第一のローパスフィルタと、ステージ操作入力手段から入力される速度指令値を積分する積分器と、積分器の出力を処理し第一のローパスフィルタと同じ周波数特性をもつ第二のローパスフィルタと、第一のローパスフィルタの出力と第二のローパスフィルタの出力との偏差から制御演算を行う補償手段と、補償手段の出力と速度指令値との加算値から駆動手段へ入力するための駆動信号を生成する波形出力手段と、波形出力手段の出力を増幅し前記駆動手段へ出力するための増幅器とをもつステージ装置を提供する。
 また、上記の第一のローパスフィルタと第二のローパスフィルタの周波数特性は速度指令値により変化させてもよい。
 さらに、補償手段のゲインなどのパラメータも速度指令値により変化させてもよい。
 また、ステージ操作入力手段から入力される位置指令値と第一のローパスフィルタの出力とから速度指令値を生成する速度指令値生成手段を付加し、それを積分器への入力とする構成としてもよい。
 本発明によれば低速で速度変動を低減することができるステージ装置を提供することができる。さらに、応答遅れの改善を図ることも可能となる。
本発明のステージ装置の構成図である。 ステージ装置を使用する走査電子顕微鏡の構成図である。 ステージの機構構成の図である。 ステージの駆動手段の一例を説明する概略図である。 駆動手段に与える駆動信号の一例を説明する図である。 波形出力手段の処理を説明する図である。 従来からのオープン制御によるステージ装置に対する本発明のステージ装置の効果を説明する図である。 本発明のステージ装置における速度指令値のフィードフォワードの効果を説明する図である。 本発明のステージ装置の別の構成図である。 速度指令値生成手段を説明するための図である。
 以下に図を用いて本発明の実施形態について説明する。
 本実施例のステージ装置を用いる走査電子顕微鏡の構成を図2を用いて説明する。走査電子顕微鏡1は、電子光学系を備えた鏡筒2,試料室3,ステージ11などから構成される。電子銃4から発生した一次電子線5は収束レンズ6,対物レンズ7を通して試料12に照射され、これにより試料12から発生した二次電子9は二次電子検出器10により検出される。一次電子線5は走査偏光器8により観察する試料12の表面を二次元状に走査する。電子光学系制御手段13は走査偏光器8による一次電子線5の走査を制御するとともに、二次電子検出器10により検出される二次電子9の強度を一次電子線の走査と同期して走査生成される画像の輝度変調入力とすることで試料表面の観察画像(SEM画像)を生成する。生成されたSEM画像は表示装置14に表示される。
 観察対象となる試料12は、試料室3内に置かれたステージ11に搭載される。ステージ11は試料12を移動・回転させるものであり、水平方向(XY方向),上下方向(Z方向),回転(Z軸回りの回転),傾斜などの自由度を持つ(図では1自由度のみを示す)。ステージ制御手段15は、例えばトラックボールやジョイスティックなどの入力デバイスであるステージ操作入力手段16からの入力に従いステージ11を制御する。また、ステージ操作入力手段16としてネットワークやシリアルなどで接続されたPCを用いてもよい。
 観察対象となる試料表面の選択はステージ11を位置決めすることにより行う。操作者はSEM画像を見ながらステージ操作入力手段16を操作して、目的とする観察部位がSEM画像として得られるまでステージ11を移動させる。また、半導体ウェハなど同じような微細パターン(セル)が連続している試料を観察する場合には、ステージ操作入力手段16から移動方向と速度をステージ制御手段15へ入力してステージ11を一定速度で移動させ、操作者の目視もしくは画像処理によりSEM画面上を通過するセルの数を計測することで目的とする部位に到達したか判定する方法も行われる。
 本実施例のステージ装置の機構部を図3を用いて説明する。ステージ11は、可動テーブル101に試料を取り付け、ベース100に取り付けたガイドレール102に沿って可動テーブル101を移動させることにより試料を移動させる。可動テーブルを動かすための駆動手段として直動アクチュエータが用いられる。これは、シャフト103とモータ104とから構成され、モータ104へ駆動信号を入力するとシャフト103に沿ってモータ103が移動する。このモータ104を可動テーブル101に、シャフト103をベースに取り付ける。なお、シャフト103を可動テーブル101に、モータ104をベースに取り付ける構成でもよい。
 可動テーブル101の位置を検出するための位置検出手段としては、例えばスケール105,センサヘッド106とから構成されるリニアスケールを用いる。このスケール105には一定間隔にスリットがつけられており、その上をセンサヘッド106が通過するたびにパルスが発生する。そのパルスの数を計測することにより位置が取得できる。このスケール105をベース100に、センサヘッドを可動テーブル101に取り付ける。なお、位置検出手段として、レーザー干渉計や、レーザー変位計などを用いてもよい。
 ステージ制御手段15は、ステージ操作入力手段16から入力される指令値と、位置検出手段により検出される位置情報から制御演算を行い、モータ104への駆動信号を出力することでステージを動作させる。
 なお、図3には1自由度のステージの構成を示しているが、これと同様のステージを組み合わせることで多自由度のステージを構成することができる。
 本実施例のステージに使用する駆動手段の構成とそれを駆動するための駆動信号の一例を図4,図5を用いて説明する。モータ104の内部には、積層ピエゾ板300a,300bを張り合わせた駆動素子300,301,302,303があり、図示していないバネにより駆動素子の先端をシャフト103に押し付けている。張り合わされた積層ピエゾ板のそれぞれに駆動信号を与えると、その信号の和と差に応じて駆動素子を伸縮・屈曲することができる。したがって、駆動素子の先端が楕円軌道を描くような駆動信号を用意し、それを300と302の組みと301と303の組みとで位相をずらして与えることにより、各組の駆動素子がシャフトとの接触・離脱を繰り返しながらシャフトに沿ってモータが移動することができる。図5には1サイクル分の駆動信号の波形を示しているが、モータを連続して移動させる場合にはこの波形を繰り返し与えればよい。なお、これは駆動手段の一構成例であり、これにより本発明の技術思想が限定されるものではない。
 本実施例のステージ装置の構成および動作を図1,図6を用いて説明する。本実施例のステージ装置では、位置検出手段106から取得される位置情報からノイズ成分を除去するための第一のローパスフィルタ201を通した信号と、ステージ操作入力手段16から入力される速度指令値を積分器200と第二のローパスフィルタとを通した信号との偏差から補償手段203にて補償演算を行う。このとき、第二のローパスフィルタ202は第一のローパスフィルタと同じ周波数特性を持つ。また、補償手段204では、例えばPIDなどの補償が行われる。波形出力手段204は補償手段203の出力に速度指令値を加算した信号から後述の方法により得られる駆動信号を出力し、それを増幅器205により増幅し駆動手段104へ出力する。
 図6を用いて波形出力手段204での処理概要を説明する。波形出力手段には、図5に示したような駆動手段を駆動するための駆動信号波形がテーブルで格納されている。このテーブルの参照位置を表すインデックスSは実数を取る。波形出力手段に入力ΔSが与えられた時、前回のインデックスSiにΔSを加算して今回のインデックスSi+1を得る。この時の波形出力手段からの出力vはSi+1の前後の整数Pj,Pj+1に対応するアドレスのテーブル格納値Vj,Vj+1を取り出し、内挿補間により出力vを演算する。これにより連続した出力信号を生成でき、極低速でのステージを動作させる際に問題となるテーブルの量子化誤差による指令値の不連続性を解決することができる。
 本実施例のステージ装置においては、速度指令値の積分値と位置検出手段により検出される位置との偏差を用いて補償を行う。このため、従来技術で、特に極低速時の速度の推定時に含まれる誤差の影響がなくなり、安定した動作が実現できる。また、位置検出手段により検出される位置に含まれているノイズ成分は第一のローパスフィルタで低減させる。このとき、第一のローパスフィルタを入れたことにより応答遅れが発生する。そこで、速度指令値の積分値の側にも第一のローパスフィルタと同じ周波数特性をもつ第二のローパスフィルタを入れることにより位相のずれを解消することができる。
 本実施例のステージ装置を動作させた結果を図7,図8を用いて説明する。図7はオープン制御と本実施例のステージ装置とで一定速度でステージを移動させたときの移動距離と速度の時間変化を示す。オープン制御では速度変動が見られるが、本実施例ではそれを低減できている。また、オープン制御においては立ち上がり時の応答遅れが見られるが、本実施例では応答遅れも改善できている。図8は本実施例のステージ装置において波形出力手段への入力に速度指令値を加算した場合(速度指令値FFあり)と速度指令値を加算しない場合(速度指令値FFなし)とで、一定速度でステージを移動させた場合の移動距離と速度の時間変化を示す。これをみると、速度指令値を加算した場合のほうが、速度変動の低減(特に高周波振動の抑制)と応答遅れの改善の効果が大きいことが分かる。
 以上述べたように、本実施例のステージ装置を用いることによって、低速移動時の速度変動を低減でき、さらに、応答遅れを改善できる。
 また、第一のローパスフィルタ201と第二のローパスフィルタ202との遮断周波数などの周波数特性は、速度指令値に応じて変化させてもよい。第一のローパスフィルタは位置検出手段により取得される位置情報に含まれるノイズ成分を除去する。そのため、低速でステージ移動する場合はローパスフィルタの遮断周波数を低く設定することで制御系へのノイズの混入を極力抑えるのが望ましい。しかしながら、ステージの移動速度が速くなると、本来抑制したいはずのステージの駆動手段・駆動力伝達系の変形による速度変動に起因した位置情報の変動をも除去する恐れがある。そこで、速度指令値が速い場合にはローパスフィルタの遮断周波数を大きくする。これにより、速度変動の低減の効果を向上することができる。
 さらに、補償手段203の各種ゲインも速度指令値に応じて変化させてもよい。ステージが低速で移動する場合には補償手段の比例ゲインを大きくすることで速度変動の低減および応答遅れの改善の効果を高めることができる。しかしながら、移動速度が速くなると位置情報に混入したノイズが大きくなるため、ローパスフィルタによるノイズ除去に加え、比例ゲインなどを小さくしてノイズの影響を低減するのが望ましい場合もある。これにより、速度変動の低減の効果を向上することもでき、制御系の安定性も向上することができる。
 本実施例の別の実施形態を図9,図10を用いて説明する。図9は本実施例のステージ装置の別の構成例である。この構成では、与えられた位置指令値(到達目標位置)と位置検出手段106から第一のローパスフィルタ201を通して得られる位置情報とから速度指令値を生成する速度指令値生成手段207を備えている。
 速度指令値生成手段207では、例えば図10に示されるような速度パターンが生成され出力される。この速度パターンは以下の4つのフェーズで構成される。
(1)予め設定された加速度で、速度指令値を増加させる。
(2)速度指令値が設定された速度Vmaxに達したら、速度指令値を保持する。
(3)現在位置が減速開始位置に到達したら、予め設定された減速度で指令速度を減少させる。
(4)現在位置が位置指令値近傍に達したら、極低速で移動させ目標位置へ位置決めする。
 なお、これは速度指令値生成の一例であり、滑らかに速度が変化する速度パターンが生成できるものであればよく、これにより本発明の技術思想が限定されるものではない。
 以上のようにすれば位置指令値(最終目標位置)が与えられた場合でも速度変動を低減することが可能なステージを提供できる。
1 走査電子顕微鏡
2 鏡筒
3 試料室
4 電子銃
5 一次電子線
6 収束レンズ
7 対物レンズ
8 走査偏光器
9 二次電子
10 二次電子検出器
11 ステージ
12 試料
13 電子光学系制御手段
14 表示装置
15 ステージ制御手段
16 ステージ操作入力手段
100 ベース
101 可動テーブル
102 ガイドレール
103 シャフト
104 モータ
105 スケール
106 センサヘッド
200 積分器
201,202 ローパスフィルタ
203 補償手段
204 波形出力手段
205 増幅器
207 速度指令値生成手段

Claims (6)

  1.  試料を搭載し移動するステージと、ステージを駆動するための駆動手段と、ステージの位置を検出するための位置検出手段と、ステージを操作するためのステージ操作入力手段と、ステージ操作入力手段からの入力に従いステージを制御するステージ制御手段とを有するステージ装置において、
     前記位置検出手段により検出された位置情報を処理する第一のローパスフィルタと、
     前記ステージ操作入力手段から入力される速度指令値を積分する積分器と、
     前記積分器の出力を処理し前記第一のローパスフィルタと同じ周波数特性をもつ第二のローパスフィルタと、
     前記第一のローパスフィルタの出力と前記第二のローパスフィルタの出力との偏差から制御演算を行う補償手段と、
     前記補償手段の出力と前記速度指令値との加算値から前記駆動手段へ入力するための駆動信号を生成する波形出力手段と、
     前記波形出力手段の出力を増幅し前記駆動手段へ出力するための増幅器とを有することを特徴とするステージ装置。
  2.  請求項1に記載のステージ装置において、
     前記第一のローパスフィルタと前記第二のローパスフィルタの周波数特性は前記速度指令値に応じて変更することが可能であることを特徴とするステージ装置。
  3.  前記請求項1及び2に記載のステージ装置において、
     前記補償手段のパラメータは前記速度指令値に応じて変更することが可能であることを特徴とするステージ装置。
  4.  前記請求項1~3に記載のステージ装置において、
     前記駆動手段としてピエゾアクチュエータを用いることを特徴とするステージ装置。
  5.  前記請求項1~4に記載のステージ装置において、
     前記ステージ装置は荷電粒子線装置に使用されることを特徴とするステージ装置。
  6.  前記請求項1~5に記載のステージ装置において、
     前記ステージ操作入力手段から入力される位置指令値と前記第一のローパスフィルタの出力とから速度指令値を生成する速度指令値生成手段を付加し、前記速度指令値生成手段の出力を前記積分器への入力とすることを特徴とするステージ装置。
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