(57)【要約】【課題】本発明は、ステージの移動条件に因らず、残留反力を低減するステージ装置、或いはガイド機構の直進性を高めることで、ガイド機構によって生じるステージドリフトを低減するステージ装置の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、残留反力を決定付けるステージの速度等に応じて、追い越し量を制御する試料ステージ装置を提案する。この構成によって、ステージの移動速度等によって変化する残留反力を低減することが可能になる。また、ガイド機構を押圧する押圧機構であって、ガイド機構を支持する支持部材に回転可能に固定され、当該回転によって、前記案内機構を押圧すると共に、前記回転の回転中心とは異なる中心位置を持つ円形の押圧部を有する試料ステージ装置を提案する。このような構成によれば、押圧機構のトルク管理によって、押圧力を制御できる。【選択図】図４
2010176850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を配置するためのテーブルと、
当該テーブルを所定方向に案内する案内機構と、
前記テーブルを前記所定方向に移動するための駆動機構と、
前記テーブルを移動するときに、当該テーブルの目標停止位置を、一度追い越すように移動する第１の移動と、当該目標停止位置に当該テーブルを戻す第２の移動を行うように、前記駆動機構を制御する制御装置を備えた試料ステージ装置において、
前記制御装置は、前記テーブルの第１の移動のときの移動速度、或いは移動量の大きさに応じて、前記第１の移動の移動量を制御すると共に、前記第１の移動のときの移動速度、或いは移動量が大きいときは、前記第１の移動の移動量を大きくし、前記第１の移動のときの移動速度、或いは移動量が小さいときは、前記第１の移動の移動量を小さくするように、前記駆動機構を制御することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御機構は、
前記第１の移動に対し、前記第２の移動が低速移動となるように、前記駆動機構を制御することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御装置は、
前記第１の移動の移動量が所定値以下の場合には、前記第２の移動の移動量をゼロとするように、前記駆動機構を制御することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項４】
複数軸のテーブルと、前記テーブルの各々を駆動する駆動機構と前記テーブルの移動方向を案内する案内機構と、を有する試料ステージ装置において、
前記ステージの位置決め工程では、高速移動工程と低速位置決め移動工程を経て位置決めを完了するステージであって、
前記低速位置決め工程における移動距離は、前記高速移動工程における移動速度条件に応じて変化することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記低速位置決め工程における移動距離は、前記駆動機構を制御する際に得られる推力信号に応じて移動距離を算出することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記低速位置決め工程における移動距離は、前記駆動機構に取り付けられた測定機によって得られる負荷信号に応じて移動距離を算出することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項７】
請求項５において、
高速移動工程後、前記推力信号、または前記負荷信号から得られる移動距離だけ低速移動を実施後、低速位置決め移動工程を行うことを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記推力信号、または前記負荷信号から得られる移動距離は、前記試料ステージに備えられたブレーキの保持力と比較することによって移動距離を算出することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項９】
試料を配置するためのテーブルと、
当該テーブルを所定方向に案内する案内機構と、
前記テーブルを前記所定方向に移動するための駆動機構を備えた試料ステージ装置において、
前記所定方向に対し、垂直な方向から前記案内機構を押圧する押圧部材を備え、
当該押圧部材は、前記案内機構を支持する支持部材に回転可能に固定され、当該回転によって、前記案内機構を押圧する、前記回転の回転中心とは異なる中心位置を持つ円形の押圧部を有することを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記押圧部材は、押圧力が所定値となるように、トルク管理に基づく回転が行われることを特徴とする試料ステージ装置。
【請求項１１】
請求項９において、
前記押圧部材を支持する支持部材を、前記案内機構、及び押圧部材に対し、剛性の低い部材にて形成することを特徴とする試料ステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を保持する試料ステージに関し、特に、ＸＹテーブルを備えた試料ステージ装置における位置決め完了後のステージ移動低減を可能とする試料ステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密加工機器，検査装置では、試料を保持する試料ステージを用いる。このような試料ステージでは、高速移動と同時に高精度の位置決め、および位置決め完了後にステージ位置を維持することが要求される。このような試料ステージを用いる機器の例に、電子顕微鏡等がある。
【０００３】
特許文献１に記載のステージでは、ステッピングモータと送りねじによる駆動機構と、ステージ移動の軌道を案内するガイド機構によって構成され、オープンループ制御による、高速かつ高精度な位値決めを実現している。この駆動機構において、位置決め完了後にステージ移動する要因として、（１）送りねじの熱膨張によるステージ移動（以下、熱ドリフトと呼ぶ）と、（２）ガイド機構内部にステージを押し返す反力が残留し（以下、残留反力と呼ぶ）、この残留反力によってステージ停止後にステージ移動（以下、ガイド残留反力ドリフトと呼ぶ）が存在する。
【０００４】
特許文献１に記載のステージでは、（１）の熱ドリフトを回避するために、ステージのテーブルと送りネジの結合部にギャップを設ける。それによって、機械的に送りねじとテーブルを結合及び分離を行い、位置決め完了後には送りネジがステージと接触しないため熱ドリフトを防ぐことができる。また、（２）のガイド残留反力ドリフトを回避するために、目標位置へ移動の際には、高速移動において目標位置を一度追い越した後、戻り方向に低速位置決め移動を実施することでガイドドリフトの低減を図っている。戻り方向への低速位置決め移動を行うことによって高速移動後に生じたガイドの残留反力に対して逆方向に摺動抵抗を発生させ残留反力を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３４１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のステージ位置決め制御では、ステージ位置決め完了後、ガイド機構内部の残留反力を低減することは可能であるが、残留反力は移動条件によって変化するために常にゼロとすることは難しい。
【０００７】
以下に、ステージの移動条件に因らず、残留反力を低減することを目的とするステージ装置を説明する。また、ガイド機構の直進性を高めることで、ガイド機構によって生じるステージドリフトを低減することを目的とするステージ装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一態様として、残留反力を決定付けるステージの速度等に応じて、追い越し量を制御する試料ステージ装置を提案する。一例として当該追い越し量は、ステージの移動速度等が大きくなるに応じて大きくなるように設定される。このような構成によれば、ステージの移動速度等によって変化する残留反力を低減することが可能になる。また、ガイド機構を側方から押圧する押圧機構であって、ガイド機構を支持する支持部材に回転可能に固定され、当該回転によって、前記案内機構を押圧すると共に、前記回転の回転中心とは異なる中心位置を持つ円形の押圧部を有する試料ステージ装置を提案する。このような構成によれば、押圧機構のトルク管理によって、押圧力を制御できる。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、ステージの移動速度等の変化によらず、適正に残留反力に応じたステージの停止動作を行うことができる。また、ガイド機構の直線性向上によるステージドリフト低減を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】試料ステージ装置の概略構成図。
【図２】試料ステージ装置の位置決め制御機構の一例を説明する図。
【図３】偏心ピンとＸガイド機構の構造を説明する図。
【図４】試料ステージ装置の位置決めプロセスを説明するフローチャート。
【図５】試料ステージの駆動速度と試料ステージにかかる摺動抵抗との関係を説明した図。
【図６】試料ステージ装置の別の駆動速度と試料ステージにかかる摺動抵抗との関係を説明した図。
【図７】試料ステージ装置による別の位置決めプロセスを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、ステージの残留反力や、ガイド機構（案内機構）の非直線性に起因するドリフトを低減するためのステージ構成について説明する。一般的に、ガイド機構を使用するステージには、ガイド残留反力ドリフトに加え、ガイドの歪みによるドリフト（以下、ガイド歪みドリフトと呼ぶ）が存在する。このガイド歪みドリフトの原因は、ガイドレールを機械加工する際に生じる歪みと、ガイドをステージに組み付けた際に生じる歪みが存在することが原因である。停止したステージはガイドの歪みから力を受けるため、ガイド歪みドリフトの移動方向は、歪みの山を越えて停止すれば、ステージは停止前の移動方向に移動し、歪みの山の手前で停止すればステージは停止前の移動方向と逆方向に移動する。
【００１２】
以上の理由から、ステージに用いられるガイドには、ステージを停止前の移動方向に対して逆方向にドリフトを発生させるガイド残留反力ドリフトと、ステージの停止位置によってドリフト方向が変化するガイド歪みドリフトが存在するために、ステージドリフトを発生させる力が一定とならない特徴がある。そのため、ステージが位置決め完了後、ステージ位置を保持するためのブレーキは、ガイド残留反力ドリフトとガイド歪みドリフトを発生させる力の最大値に対して保持力を持つブレーキ力が必要となる。
【００１３】
ブレーキ力を増加することによって、ステージ位置を保持する力が大きくなりステージドリフトを低減することが可能となるが、ステージに搭載するブレーキのタイプによって次の弊害が生じる。
【００１４】
パッシブブレーキを搭載したステージでは、ブレーキとブレーキレールが常に摩擦するため、ブレーキ力の増加とともに摩擦熱も増加する。そのため摩擦熱が発生するブレーキレールの熱変形量が大きくなり、熱変形に伴うステージドリフト量も大きくなる。また、アクチュエータを備えたアクティブブレーキを搭載したステージでは、ブレーキをＯＮした直後、ブレーキの押し圧によってステージの姿勢が変化するために位置ずれが生じる。この位置ずれはブレーキ力が増加するほど大きくなり位置決め精度が低下する。
【００１５】
以下に、ステージ位置決め完了後、ガイドドリフトの原因である残留反力を常にゼロに近い値とし、ガイドの残留反力ドリフトを低減するステージ装置、及びガイドの歪みを機械的に補正することで低減することでガイド歪みドリフトを低減することにより、ブレーキ力を増加することなくガイドによって生じるステージドリフトを低減するステージ装置を説明する。
【００１６】
以下に、上記目的を達成するための構成として、ステージが目標位置に移動する際に、一度目標位置を追い越した後、低速位置決め移動を実施する。その際にステージの移動速度条件に応じて最適な追い越し量を算出することでガイドに生じる残留反力を低減するステージ装置を説明する。このような構成によれば、ガイドの残留反力を、ステージの移動条件によらず、常に０に近い値とすることが可能となる。結果として、ブレーキ力を増加させることなくガイド起因のステージドリフトを低減することができる。
【００１７】
また、ガイドの側面に取り付けた偏心ピンによって応力を与え、ガイドの直進性を高めるステージ装置を説明する。当該構成によれば、ガイドの側面を押圧することでガイドの直進性を向上させガイド歪みドリフトを低減することが可能となる。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、試料ステージ装置のドリフト低減技術について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、試料ステージ装置の概略構成図である。本例の試料ステージ１０１は、リニアモータ駆動方式によるＸＹテーブルを有する。試料ステージ１０１は、ベース１０２，Ｘテーブル１０３、及び、Ｙテーブル１０４を有する。Ｘテーブル１０３は、Ｘ方向ガイド機構１０５によってＸ方向に移動可能であり、Ｙテーブル１０４は、Ｙ方向ガイド機構１０６によってＹ方向に移動が可能である。Ｘテーブル１０３とＹテーブル１０４は、互いに独立的に移動する。
【００２０】
Ｘ方向ガイド機構１０５、およびＹ方向ガイド機構１０６の側面は、偏心ピン１０７によって押圧される。
【００２１】
Ｘテーブル１０３の駆動機構として、Ｘリニアモータ１０８が設けられている。同様にＹテーブル１０４の駆動機構として、Ｙリニアモータ１０９が設けられている。リニアモータはサーボ制御によってステージ位置，ステージ速度，ステージ加速度を制御している。位置決め完了後、リニアモータの振動がステージに伝わることを防ぐためにサーボ制御はＯＦＦされる。
【００２２】
Ｘテーブル１０３及びＹテーブル１０４には、それぞれアクティブブレーキ１１０が取り付けられている。アクティブブレーキ１１０には、圧電素子が組み込まれており、圧電素子への印加電圧を調整することによってブレーキ力を調整することができる。ブレーキは常時摩擦ブレーキ、すなわちパッシブブレーキを使用しても問題はない。
【００２３】
ここでは、Ｘテーブル１０３に取り付けられたアクティブブレーキ１１０のみを示し、Ｙテーブル１０４に取り付けられたアクティブブレーキ１１０の図示は省略されている。
【００２４】
Ｙテーブル１０４上には静電チャック１１１が搭載され、静電チャック１１１には試料１１２が固定される。本例では、試料１１２は半導体ウェハである。本実施例にて説明する試料ステージ装置は、電子顕微鏡に用いることができるが、電子顕微鏡以外の精密機器に使用することができる。
【００２５】
図２を参照して、本実施例のステージ装置におけるＸテーブル１０３の位置決め制御構成の例を説明する。本例によると、位置決め制御構成は、バーミラー２０１，レーザー光発信機２０２，レーザー干渉計２０３，レーザー光受信機２０４、及び制御装置２０５を有する。レーザー干渉計２０３は、レーザー光をバーミラー２０１に照射し、バーミラー２０１からの反射光をレーザー光受信機２０４に送る。制御装置２０５は、レーザー光受信機より取り込まれたレーザー光によってステージの位置計測を行う。位置計測をもとに、Ｘリニアモータ１０８を制御する。リニアモータの制御は、ステージ位置，ステージ速度，ステージ加速度のフィードバック制御である。また、制御装置３０３は、ステージ位置に基づいてアクティブブレーキ１１４を制御し、Ｘテーブル１０３の位置を制御する。アクティブブレーキ１１４のブレーキ力を制御するには、アクティブブレーキ１１４に組み込まれた圧電素子への印加電圧を調整すればよい。
【００２６】
ここでは、Ｘテーブル１０３の位置制御を説明したが、Ｙテーブル１０４の位置制御も同様である。本例では、バーミラー２０１，レーザー光発信機２０２，レーザー干渉計２０３，レーザー光受信機２０４を用いて、Ｘテーブル１０３の位置を測定したが、他の位置測定装置を用いてもよい。
【００２７】
次に、図３を用いて、本実施例の偏心ピンについて説明する。図３は、Ｘ方向ガイド機構１０５と偏心ピン１０７、およびベース１０２（支持部材）の構成を説明する図である。ベース１０２には、Ｘ方向ガイド機構１０５を取り付ける際のＸガイド機構取付案内面３０１が加工されており、Ｘガイド機構取付案内面３０１にＸ方向ガイド機構１０５を偏心ピン１０７によって押し当てる。偏心ピン１０７を押し当てる際には、偏心ピンのヘッド部には溝が加工されており溝にマイナスドライバー、または専用の工具を挿入し回転させる。このときトルク管理を行うことによって偏心ピンからＸ方向ガイド機構への押圧を一定（或いは所定範囲内となるように）とし各方向のガイド機構の直進性を向上させている。
【００２８】
当該Ｘ方向ガイド機構１０５は、ステージの案内方向に対し、垂直な方向から偏心ピン１０７によって押圧される。偏心ピン１０７は、当該偏心ピン１０７の回転軸中心とは、異なる位置に中心位置を持つ円形の押圧部（偏心ピン１０７の上端）を持つように構成されている。即ち、偏心ピン１０７の回転によって、押圧部がガイド機構の側方を押圧、或いは逆方向に回転させると押圧部が、ガイド機構より離間するように構成されている。
【００２９】
本実施例のステージ機構では、Ｘ方向ガイド機構１０５が変形するのを防ぐため、過剰なトルクがかかった場合には、偏心ピンが空回りする構造となっている。Ｘ方向ガイド機構１０５の取り付け穴中心と偏心ピン１０７の取り付け穴中心間の距離をＤ、Ｘ方向ガイド機構１０５の取り付け穴中心とガイド面の距離Ｌ、偏心ピン１０７の最大偏心半径Ｒmaxとすると本特許記載のステージでは（Ｌ＋Ｒmax）―Ｄ＝０.１mm〜０.１５mmとなるように設計されている。また、偏心ピン１０７と偏心ピン挿入穴３０２の隙間は３０μｍ程度である。さらにベース１０２を剛性の低い素材（例えば、アルミなど）で製作し、Ｘ方向ガイド機構のレール部、および偏心ピンを剛性の高い素材（例えば、ステンレスなど）で製作することによって、偏心ピンを２Ｎｍ以上のトルクで回転させるとベースに加工された偏心ピン挿入穴に変形が生じ、偏心ピンが空回りする。２Ｎｍ程度のトルクであれば、ＳＵＳ製のＸ方向ガイド機構が変形することはなく直線性が保たれる。
【００３０】
次に、図４，図５を用いて、本実施例の試料ステージの位置決め制御方法について述べる。試料ステージの位置決めは、目標位置に追い越し量を加えた仮の目標位置（以下、仮目標位置と呼ぶ）へ移動する高速移動工程（第１の移動工程）、及び、低速位置決め工程（第２の移動工程）の２つの工程により、テーブルの位置決めを行う。
【００３１】
図４に示すフローチャートによれば、ステップＳ４０１〜ステップＳ４０５は高速移動工程である。はじめに、ステップＳ４０１において、試料ステージを位置決めする目標位置を設定する。目標位置は、ステージが最終的に到達すべき位置の座標である。目標位置は、予め登録された場合もあるが、オペレータによる手入力，カーソルによる指定等によって設定してよい。
【００３２】
次に、ステップＳ４０２において制御装置２０５はレーザー干渉計２０３からレーザー光受信機２０４に取り込まれるレーザー光によって試料ステージ１０１の現在位置を検出する。このとき、現在位置と目標位置との偏差からステージの最高速度を算出し、算出した最高速度に応じて目標位置を追い越す量を算出し仮目標位置を設定する。
【００３３】
ここで、図５を用いて、高速移動工程におけるステージの最高速度に応じた仮目標位置の設定方法について説明する。図５の上図は、高速移動時のステージの駆動パターンを示す。横軸が時間（sec）、縦軸がステージ速度（mm／ｓ）である。本実施例記載の試料ステージの駆動パターンは、最高速度２００mm／ｓ，加速度１０００mm／ｓ2の台形駆動制御を実施する。例えば、図５上図によると、試料ステージが３００mm移動する場合、移動開始と同時に試料ステージが加速され、０.２sec経過後において２００mm／ｓに到達し一定速度移動を実施する。１.５sec経過後には減速が開始され１.７sec経過後において３００mm移動が終了する。
【００３４】
図５下図は上図に対応したステージ摺動抵抗の時間変化を示す。横軸が時間（sec）、縦軸が摺動抵抗（Ｎ）である。摺動抵抗はステージを押し返す方向を正としている。図５下図においては、試料ステージ移動開始時において摺動抵抗は０（ゼロ）Ｎであり、０.２sec経過後において摺動抵抗最大値３０Ｎに到達する。１.５sec経過後、摺動抵抗の低下が見られ、ステージが停止する１.７secにおいて８Ｎの残留反力が生じている。本実施例記載のステージはアクティブブレーキを搭載しているため、ステージ摺動抵抗はガイドの摺動抵抗のみである。試料ステージの摺動抵抗が、ステージ駆動パターンと類似した傾向を示す理由は、ガイドの摺動抵抗の主な要因はガイド内に循環しているオイルであり、オイルは試料ステージ移動速度に比例して摺動抵抗を発生させるためである。ステージ停止後にも残留している摺動抵抗が残留反力となる。
【００３５】
この残留反力は、ステージの最高速度によって変化し、移動量ごとに摺動抵抗の変化を比較すると、最高速度が小さくなるにつれて残留反力が小さくなる。つまり、３００mm移動時に発生した残留反力８Ｎに対して、１００mm移動では８Ｎ、４０mm移動では８Ｎ、２０mm移動では４Ｎ、・・・といったように４０mm移動以上では最高速度が２００mm／ｓに達するため残留反力は８Ｎで一定となるが、４０mm未満のステージ移動量では最高速度が小さくなるため残留反力も小さくなる。発生した残留反力を低減するには、ステージを逆方向に移動すると残留反力に対して反対方向の摺動抵抗が生じるため残留反力がゼロとなる移動量だけステージを逆方向に移動すればよい。本特許記載のステージでは、４０mm〜３００mm移動では６０μｍ、２０mm移動では３０μｍ、１０mm移動では１５μｍの追い越し量を目標位置に加えた位置を仮目標位置に設定し、逆方向への移動量を設定している。
【００３６】
追い越し量に影響を与えるものは、残留反力と低速位置決め工程時における速度である。残留反力の値が大きくなると残留反力をゼロにするための追い越し量が長くなる。また、低速位置決め工程時におけるステージ速度が大きくなると発生する摺動抵抗が大きくなるため移動量は短くて済む。本特許記載のステージでは２.５mm／ｓの一定速度で低速位置決め移動させた場合に必要な追い越し量である。また、異なるガイドを試料ステージに採用した場合、残留反力の値が変化するため追い越し量、およびステージ速度は変わってくる。
【００３７】
よって、残留反力をゼロにする最適な追い越し量は、ステージに取り付けられたガイド機構と、低速位置決め工程時におけるステージ速度に依存するため、ステージごとに追い越し量に関する評価が必要になる。追い越し量の評価には、ステージに使用するガイド機構にロードセル等の計測器を取り付け、ステージ駆動パターンと同じ移動条件でガイド機構を高速移動させる。そしてガイドが停止する際に発生する残留反力を計測し、その後低速位置決め移動工程と同じ駆動パターンを実施し、残留反力がゼロになる距離とステージ速度の条件を計測する。例えば、本特許記載のステージ制御では、１０mmごとに追い越し量を計測している。そして、制御装置には、１０mm移動ごと追い越し量を設定するテーブルを用意し、オペレータが評価で得られた追い越し量を入力している。例えば、ステージ移動≦１０mmであれば、追い越し量１５μｍ、１０mm≦ステージ移動≦２０mmであれば３０μｍ、・・・４０mm以上であれば６０μｍと設定する。テーブル入力以外にも、仮目標位置が変化する１０mm〜４０mm移動において仮目標位置を関数で表し、現在位置と目標位置の偏差から仮目標位置を算出することも可能である。本実施例記載のステージ場合には、仮目標位置＝目標位置＋追い越し量，追い越し量［μｍ］＝１.５［μｍ］×偏差［mm］となる。
【００３８】
本実施例のステージ機構は、移動量が大きい場合にはテーブルの移動速度が大きくなるように制御されるため、ステージの移動量を基準として仮目標位置を設定しているが、無論、ステージ速度を基準として仮目標位置を設定するようにしても良いし、他の残留反力を評価するパラメータに基づいて、仮目標位置を設定するようにしても良い。
【００３９】
実際には、残留反力を常に正確にゼロとすることは非常に困難であるため、ブレーキが必要となり、本特許記載のステージでは、４Ｎのブレーキ力を備えたアクティブブレーキを搭載し、仮目標位置における残留反力が２Ｎ以下の場合（本特許記載のステージでは、１０mm移動以下の場合）には、試料ステージは追い越し量がゼロ、すなわち仮目標位置＝目標位置となるように設定する。これは、低速位置決め工程を省いても残留反力が小さくドリフトが発生しないため、時間がかかる低速位置決め工程を避け、ステージ移動時間を短縮するためである。
【００４０】
以上述べた追い越し量の設定方法に基づき、ステージの目標位置と現在位置の移動距離に応じて仮目標位置が算出できる。
【００４１】
次にステップＳ４０３において、試料ステージは算出した仮目標位置に向かって高速移動を行う。このとき、制御装置２０５によってステージは位置，速度，加速度についてフィードバック制御を実施することによって駆動パターンに基づいた移動を行っている。
【００４２】
次にステップＳ４０４において、試料ステージの現在位置が仮目標位置に到達するまで高速移動を実施する。
【００４３】
次にステップＳ４０５において、試料ステージが仮目標位置に到達したことを確認後、ステップＳ４０２にて算出した追い越し量にもとづき、追い越し量がゼロの場合には、仮目標位置＝目標位置となり、その後の低速位置決め工程が不要となるためステップＳ４０８に進み、アクティブブレーキを発動させ試料ステージを停止させる。追い越し量がゼロでない場合には、低速位置決め工程が必要となるためステップＳ４０６に進む。
【００４４】
ステップＳ４０６〜Ｓ４０８は低速位置決め工程である。ステップＳ４０６において、フィードバック制御によってステージ位置とステージ速度を監視しながら位置決めを実施する。
【００４５】
次にステップＳ４０７において、試料ステージが目標位置に到達するまで一定速度移動を実施する。
【００４６】
次にステップＳ４０８では、試料ステージが目標位置到達後、リニアモータ１１３をＯＦＦすることで試料ステージの位置決めが完了する。
【００４７】
以上のフローチャートに従い、ステージ位置決めを実施することによってステージドリフトを低減することが可能となる。次に、リニアモータに発生させる推力値を用いて位置決めを行うステージドリフト低減制御方法について図６，図７を用いて説明する。
【００４８】
図６上図は、リニアモータの推力値を利用して残留反力を直接計測し、ステージドリフト低減を行う場合のステージ制御の駆動パターンを示している。この駆動パターンが図５上図の駆動パターンと異なる点は、高速移動工程後のステージ停止位置は常に目標位置であり、目標位置到達後、高速移動工程と同じ方向に微小な低速移動工程（以下、微小低速移動工程と呼ぶ。）が実施され、微小低速移動工程後、目標位置に向かって低速位置決め工程を行う。
【００４９】
微小移動工程における移動距離について図６下図を用いて説明する。図６下図は、図６上図の駆動パターンにおけるステージの摺動抵抗の時間変化を示す。微小低速移動工程におけるステージの摺動抵抗は、ステージ移動速度が低速であれば微小低速移動工程開始からステージ停止、すなわち残留反力に至るまで一定値となる特徴がある。本特許記載のステージでは、微小低速移動工程時のステージ速度は、低速位置決め移動時の速度と同様、２.５mm／ｓとしているため、ステージが微小低速移動工程中におけるリニアモータの推力＝摺動抵抗＝残留反力となる。リニアモータは、位置，速度，加速度のフィードバック制御を実施しているため、微小低速移動工程時の２.５mm／ｓの推力を得るための推力発生信号を制御装置２０５はリニアモータに発信している。この推力発生信号から残留反力を求めれば、上述した追い越し量の算出と同様に、低速位置決め移動工程時の残留反力がゼロとなる移動量を導くことが可能となる。上述した述べた追い越し量算出方法は、ガイド単体を移動させているが、ステージを高速移動させた後、推力発生信号をモニタリングしながら逆方向に低速位置決め移動を実施し、残留反力がゼロに相当する推力発生信号が生じた移動量を追い越し量として設定することも可能である。例えば、試料ステージの移動量が１００mmの場合、１００mmの高速移動を実施した後、逆方向へ低速位置決め移動を同じ速度で試料ステージを移動させる。そのときの推力発生信号をモニタリングし、残留反力がゼロに相当する位置と１００mmの偏差が移動量となる。この計測を例えば、試料ステージの移動量ごとに微小位置決め移動工程時の移動量を設定したテーブルを作成することが可能となる。推力発生信号をモニタリングして低速位置決め工程の移動量を算出するメリットは、ロードセルを用いてガイド単体で残留反力評価を行った場合と比較して実際にステージを移動させて低速位置決め工程の移動量を算出しているため真の残留反力が測定されるから低速位置決め工程後の残留反力がゼロに近づきステージドリフト低減が可能となる。以上、リニアモータにおける推力発生信号を利用したステージ制御方法について述べたが、リニアモータの代わりにボールネジを用いた場合には、トルク測定機を取り付けてトルクをモニタリングすることによって同様の移動量算出が可能となる。
【００５０】
次に図７のフローチャートを用いて位置決め制御方法を説明する。ステップＳ７０１〜Ｓステップ７０５は高速移動工程である。はじめに、ステップＳ７０１において、試料ステージを位置決めする目標位置を設定する。
【００５１】
次に、ステップＳ７０２において制御装置２０５はレーザー干渉計２０３からレーザー光受信機２０４に取り込まれるレーザー光によって試料ステージ１０１の現在位置を検出し、目標位置までの試料ステージの移動量を算出する。
【００５２】
次にステップＳ７０３において、試料ステージの位置，速度，加速度をフィードバック制御によって高速移動を実施し、ステップＳ７０４において目標位置に到達したこと確認する。
【００５３】
次に、ステップＳ７０５において、目標位置に到達した試料ステージに働く残留反力の値を制御装置２０５が発生する推力発生信号を元に算出する。残留反力がブレーキ力の１／２よりも小さい場合には、ステップＳ７１０に進み、アクティブレーキを発動させステージを停止する。本特許記載のステージでは、残留反力に対するブレーキ力の安全係数を２としているがステージドリフトが許される範囲であれば低い安全係数を用いても良い。その後ステップＳ７１１おいてリニアモータを停止することで位置決めが完了する。残留反力がブレーキ力の１／２よりも大きい場合には、ステップＳ７０６に進み、残留反力の値から微小低速移動工程を行う移動量を算出する。
【００５４】
次に、Ｓ７０７において、試料ステージを高速移動工程と同じ方向へ微小低速移動量だけ低速移動させた後、ステップＳ７０８において、低速位置決め移動を開始する。
【００５５】
次にステップＳ７０９において、試料ステージが目標位置に到達したことを確認後、ステップＳ７１０において、アクティブレーキを発動させステージを停止する。その後ステップＳ７１１おいてリニアモータを停止することで位置決めが完了する。
【符号の説明】
【００５６】
１０１  試料ステージ
１０２  ベース
１０３  Ｘテーブル
１０４  Ｙテーブル
１０５  Ｘ方向ガイド機構
１０６  Ｙ方向ガイド機構
１０７  偏心ピン
１０８  Ｘリニアモータ
１０９  Ｙリニアモータ
１１０  ブレーキ
１１１  静電チャック
１１２  試料
２０１  バーミラー
２０２  レーザー光発信機
２０３  レーザー干渉計
２０４  レーザー光受信機
２０５  制御装置
３０１  Ｘガイド機構取付案内面
３０２  偏心ピン挿入穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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