(57)【要約】【課題】  静止時のクリープ現象の発生を解消し、高速走査と高精度位置決めの両立を可能にし、動的位置決め精度を確保することができる、高速かつ高精度で、スムーズな走査移動等を行うことができる機械式の移動装置を提供する。【解決手段】  この移動装置は、走査ステージ２１１を移動させる方向に対して平行に設けられた２組の駆動軸機構（２０５Ａ，２０６Ａ−１，２０５Ｂ，２０６Ｂ−１等）と、これらの２組の駆動軸機構のそれぞれに設けられた位置検出機構（２１３Ａ，２１３Ｂ）と、２組の駆動軸機構の動作を制御するコントローラ３３等とから成り、コントローラ等は、少なくとも走査ステージの静止時に、２組の駆動軸機構のそれぞれの駆動位置の偏差ｄを維持するように２組の駆動軸機構を駆動制御するように構成される。【選択図】      図３
2006250636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被移動物を移動させる方向に対して平行に設けられた２組の駆動軸機構と、これらの２組の駆動軸機構のそれぞれに設けられた位置検出機構と、前記２組の駆動軸機構の動作を制御する制御手段とから成り、前記制御手段は、少なくとも前記被移動物の静止時に、前記２組の駆動軸機構のそれぞれの駆動位置の偏差を維持するように前記２組の駆動軸機構を駆動制御することを特徴とする移動装置。
【請求項２】
前記２組の駆動軸機構は独立して駆動制御されることを特徴とする請求項１記載の移動装置。
【請求項３】
前記２組の駆動軸機構は同期して駆動制御されることを特徴とする請求項１記載の移動装置。
【請求項４】
前記２組の駆動軸機構の駆動制御で、前記被移動物の移動時にも駆動位置の前記偏差が維持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動装置。
【請求項５】
前記２組の駆動軸機構の駆動位置の前記偏差は動作状態に応じて変更されることを特徴とする請求項４記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動装置に関し、特に、試料または装置を状況に応じて高速および高精度に移動させるのに好適な機械式の移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動装置の一例として走査型プローブ顕微鏡等の試料ステージが知られている。走査型プローブ顕微鏡では、試料ステージの上に半導体デバイス製作用基板等の試料を載置し、試料の上方位置に、探針を備えたカンチレバ−を含む測定系を配備している。一般的に、試料は試料ステージによって移動し、他方、探針は測定系に含まれる微動機構によって移動する。探針によって試料の表面の特定の領域を測定するとき、試料ステージまたは微動機構に基づき、試料と探針の位置関係を相対的に変化させ、これによって試料の表面を探針で走査する。探針は試料の表面上の各測定点（サンプリング点）で測定を行い、各測定点での測定で得た物理量は、各測定点の位置情報と対応づけて保存・記録される。
【０００３】
上記の走査型プローブ顕微鏡の試料ステージの駆動方式には、圧電素子、ボイスコイル、機械式走査機構など様々な駆動手段が利用される。一般的に、走査範囲がミリメートル（ｍｍ）のオーダ以上である比較的に広い範囲では、機械式走査機構が使用されることが多い。
【０００４】
次に、一般的に移動用の走査機構として、上記機械式走査機構について詳述する。ここでは、代表的な例として、上記試料ステージの機械式走査機構であって、かつ説明を簡素化の目的で特定の１軸方向に移動を行うための１軸機械式走査機構の構成と問題点を説明する。
【０００５】
１軸機械式走査機構では、基台となるテーブル上において１軸の方向に駆動軸と従動軸を所要の距離をあけ平行にして配置し、これらの駆動軸と従動軸に対して、移動方向にガイドされるように移動ステージが取り付けられる。駆動軸は、モータと連結されており、モータの回転駆動力を受けると、この回転駆動力およびネジ機構等によって移動ステージを移動させる。従動軸は、駆動軸の駆動力で移動ステージが移動するとき、当該移動ステージの移動に伴って、移動方向にフリー状態で移動ステージをガイドするだけである。
【０００６】
上記の構成を有する機械式走査機構によれば、移動ステージを任意距離だけ移動させた後において駆動軸の動作を停止させると、従動軸の側にはスラスト力が掛かっている。このため、駆動軸が停止した後でも、その静止時に、従動軸側に掛かったスラスト力が原因で移動ステージの位置が変化する現象が発生する。この現象は「静止時のクリープ現象」と呼ばれ、機械式走査機構における位置決め精度に悪影響を及ぼす。
【０００７】
上記のテーブル上における駆動軸と従動軸との配置関係に関して、駆動軸を中央に位置させ、駆動軸の両側に従動軸を配置した構成であっても、駆動軸が停止した後の静止時において、上記の構成に比較して小さいが、同様なスラスト力が発生し、静止時のクリープ現象が生じる。
【０００８】
また上記の機械式走査機構に関して、各構成部品の仕様は、高速走査を行うための走査機構と高精度の位置決めを行う走査機構との間においては、トレードオフの関係が存在するのが一般的である。各構成部品の仕様の例としては、例えば、ボールネジのリードや移動距離を測定するエンコーダの分解能である。従って、高速走査と高精度位置決めを両立させることは一般的には非常に困難である。
【０００９】
さらに、上記のごとくテーブル上に駆動軸と従動軸を平行に配置して成る平行ガイド機構において、移動ステージの従動軸側部分では、駆動される方向と逆方向の摩擦力やその他の効力が発生する。この摩擦力等は、現実的には走査移動中一定ではなく、その結果、小刻みな振動を発生する原因になり、動的な位置決め精度が悪くなる。駆動軸がテーブル上でその中央部に配置される機構であっても、実際の計測点が駆動軸の軸上から外れた位置に存在する場合には、ヨーイングが生じ、同様に動的位置決め精度を悪くさせる。
【００１０】
１軸機械式走査機構では、前述した通り、その構成上３つの問題点を本質的に有している。上記第３の問題点の解決に関しては例えば特許文献１に示された構成が提案されている。特許文献１に示されたステージは、移動するステージの両側位置に位置検出機構を設け、Ｘ方向とＹ方向に加えてヨーイングによるθ方向の移動成分を測定し、発生した誤差を補正するように構成している。これによれば、動的位置決め精度を或る程度改善することは期待できる。
【特許文献１】特開昭６０−２０１４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された従来の走査機構は、補正によって動的位置決め精度を改善することができるが、前述した第１および第２の問題点に関しては十分な解決を与えることはできない。前述した第１から第３の問題点を解消することが本発明の課題である。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、静止時のクリープ現象の発生を解消し、高速走査と高精度位置決めの両立を可能にし、動的位置決め精度を確保することができ、低クリープで、高速かつ高精度で、スムーズな走査移動等を行うことができる機械式の移動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る移動装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【００１４】
第１の移動装置（請求項１に対応）は、被移動物を移動させる方向に対して平行に設けられた２組の駆動軸機構と、これらの２組の駆動軸機構のそれぞれに設けられた位置検出機構と、２組の駆動軸機構の動作を制御する制御部（コントローラ等）とから成り、制御部は、少なくとも被移動物の静止時に、２組の駆動軸機構のそれぞれの駆動位置の偏差を維持するように２組の駆動軸機構を駆動制御するように構成される。
【００１５】
上記の移動装置は、例えば走査型プローブ顕微鏡の試料ステージのＸＹステージ等に用いられる。２つのモータを使用して２つの駆動軸機構を形成し、２つのモータの回転駆動の動作を、走査ステージ（被駆動物）の２つの駆動軸の各々の間で偏差（ｄ）を生じさせるようにして、静止時のクリープ現象の発生を解消することが可能となる。また移動時にも当該偏差を積極的に生じさせることにより、高速走査と高精度位置決めの両立を可能にし、動的位置決め精度を確保することが可能となる。
【００１６】
第２の移動装置（請求項２に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、２組の駆動軸機構は独立して駆動制御されることを特徴とする。２組の駆動軸機構を独立に駆動制御することにより、積極的に上記の偏差（ｄ）を生じさせ、静止時のクリープ現象の発生の解消等の作用効果を発揮させる。
【００１７】
第３の移動装置（請求項３に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、２組の駆動軸機構は同期して駆動制御されることを特徴とする。
【００１８】
第４の移動装置（請求項４に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、２組の駆動軸機構の駆動制御で、被移動物の移動時にも駆動位置の偏差が維持されることを特徴とする。この構成により、高速で、スムーズな走査移動を行うことが可能となる。
【００１９】
第５の移動装置（請求項５に対応）は、上記の装置構成において、好ましくは、２組の駆動軸機構の駆動位置の偏差は動作状態に応じて変更されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、例えば走査型プローブ顕微鏡の試料ステージの走査ステージ等の走査移動において、走査方向に予め平行な２組の駆動軸機構を設け、２組の駆動軸機構による駆動量に偏差（ｄ）を生じさせ、静止時のクリープ現象を抑制し、かつ比較的に高速走査に対応した機構部品を用いて装置を構成でき、かつ静止位置決め時にはエンコーダ等の分解能以下での安定した位置決めを行うことができる。さらに被移動物の移動中に一定の偏差を保ったまま同期駆動することにより、動作中一定のスラスト力を維持でき、これにより小刻みな振動を抑えて動的位置決め精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に基づいて、本発明に係る移動装置を適用した装置の一例として走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の要部構成を説明する。この移動装置は走査機構である。この走査型プローブ顕微鏡は代表的な例として原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を想定している。
【００２３】
走査型プローブ顕微鏡の下側部分に試料ステージ１１が設けられている。試料ステージ１１の上に試料１２が置かれている。試料ステージ１１は、直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸で成る３次元座標系１３で試料１２の位置を変えるための機構である。試料ステージ１１はＸＹステージ１４とＺステージ１５と試料ホルダ１６とから構成されている。試料ステージ１１は、試料移動用走査機構であり、試料側で変位（位置変化）を生じさせる粗動機構として構成されている。
【００２４】
試料ステージ１１の試料ホルダ１６の上面には、比較的大きな面積でかつ薄板形状の上記試料１２が置かれ、保持されている。試料１２は、例えば、表面上に半導体デバイスの集積回路パターンが製作された基板またはウェハである。試料１２は試料ホルダ１６上に固定されている。試料ホルダ１６は試料固定用チャック機構を備えている。
【００２５】
試料ステージ１１では、具体的に、ＸＹステージ１４は水平面（ＸＹ平面）上で試料を移動させる機構であり、Ｚステージ１５は垂直方向に試料１２を移動させる機構である。Ｚステージ１５はＸＹステージ１４の上に設けられている。試料ステージ１１による移動距離については、ＸＹ方向には例えば数百ｍｍ、Ｚ方向には例えば数十ｍｍである。
【００２６】
図１で、試料１２の上側には、走査型プローブ顕微鏡の通常の構成として、図示しない光学顕微鏡およびＴＶカメラ（撮像装置）、先端に探針２０を備えたカンチレバー２１、カンチレバー２１の撓みや捩れ等の変形を検出する例えば光学式のカンチレバー変位検出部、探針およびカンチレバーを微動させる微動機構等が設けられる。
【００２７】
先端に探針２０を備えたカンチレバー２１は試料１２に接近した状態で配置されている。カンチレバー２１は取付け部２２に固定されている。取付け部２２はＺ方向に微動動作を生じさせるＺ微動機構２３に取り付けられている。さらにＺ微動機構２３はカンチレバー変位検出部２４の支持フレーム２５の下面に取り付けられている。
【００２８】
カンチレバー変位検出部２４は、支持フレーム２５にレーザ光源２６と光検出器２７が所定の配置関係で取り付けられた構成を有する。カンチレバー変位検出部２４とカンチレバー２１は一定の位置関係に保持され、レーザ光源２６から出射されたレーザ光２８はカンチレバー２１の背面で反射されて光検出器２７に入射されるようになっている。上記カンチレバー変位検出部は光てこ式光学検出装置を構成する。この光てこ式光学検出装置によって、カンチレバー２１で捩れや撓み等の変形が生じると、当該変形による変位を検出することができる。
【００２９】
カンチレバー変位検出部２４は、ＸＹ微動機構２９に取り付けられている。ＸＹ微動機構２９によってカンチレバー２１および探針２０等はＸＹの各軸方向に微小距離で移動される。このとき、カンチレバー変位検出部２４は同時に移動されることになり、カンチレバー２１とカンチレバー変位検出部２４の位置関係は不変である。
【００３０】
制御系の構成として、コントローラ（第１制御装置）３３と上位制御装置（第２制御装置）３４が備えられる。コントローラ３３と上位制御装置３４はコンピュータシステムで構築される。
【００３１】
コントローラ３３内には、機能部として、比較部３１、制御部３２、第１駆動制御部４１、第２駆動制御部４２、画像処理部４３、データ処理部４４、ＸＹ走査制御部４５、Ｘ駆動制御部４６、Ｙ駆動制御部４７、Ｚ駆動制御部４８が設けられる。コントローラ３３は、走査型プローブ顕微鏡の各部を駆動させるための制御装置である。
【００３２】
制御部３２は、フィードバックループを形成し、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定機構を原理的に実現するためのＺ軸方向フィードバック制御機能を有する部分である。
【００３３】
比較部３１は、光検出器２７から出力される電圧信号Ｖdと予め設定された基準電圧（Vref）とを比較し、その偏差信号ｓ１を出力する。制御部３２は、偏差信号ｓ１が０になるように制御信号ｓ２を生成し、この制御信号ｓ２をＺ微動機構２３に与える。制御信号ｓ２を受けたＺ微動機構２３は、カンチレバー２１の高さ位置を調整し、探針２０と試料１２の表面との間の距離を一定の距離に保つ。上記の光検出器２７からＺ微動機構２３に到る制御ループは、探針２０で試料表面を走査するとき、光てこ式光学検出装置によってカンチレバー２１の変形状態を検出しながら、探針２０と試料１２との間の距離を上記の基準電圧（Vref）に基づいて決まる所定の一定距離に保持するためのフィードバックサーボ制御のループである。この制御ループによって探針２０は試料１２の表面から一定の距離に保たれ、この状態で試料１２の表面を走査すると、試料表面の凹凸形状を測定することができる。
【００３４】
上記の第１駆動制御部４１と第２駆動制御部４２は、前述の光学顕微鏡（図示しない）のフォーカス用Ｚ方向移動機構部とＸＹ方向移動機構部の各動作を制御する。
【００３５】
前述の光学顕微鏡によって得られた試料表面やカンチレバー２１の像は、ＴＶカメラによって撮像され、画像データとして取り出され、さらにコントローラ３３内の上記画像処理部４３で処理される。
【００３６】
制御部３２等を含む上記のフィードバックサーボ制御ループにおいて、制御部３２から出力される制御信号ｓ２は、走査型プローブ顕微鏡（原子間力顕微鏡）における探針２０の高さ信号を意味するものである。探針２０の高さ信号すなわち制御信号ｓ２によって探針２０の高さ位置の変化に係る情報を得ることができる。探針２０の高さ位置情報を含む上記制御信号ｓ２は、前述のごとくＺ微動機構２３に対して駆動制御用に与えられると共に、コントローラ３３内のデータ処理部４４に取り込まれる。
【００３７】
試料１２の表面の測定領域について探針２０による試料表面の走査は、ＸＹ微動機構２９を駆動することにより行われる。ＸＹ微動機構２９の駆動制御は、ＸＹ微動機構２９に対してＸＹ走査信号ｓ３を提供するＸＹ走査制御部４５によって行われる。
【００３８】
粗動機構である試料ステージ１１のＸＹステージ１４とＺステージ１５の駆動は、Ｘ方向駆動信号を出力するＸ駆動制御部４６と、Ｙ方向駆動信号を出力するＹ駆動制御部４７と、Ｚ方向駆動信号を出力するＺ駆動制御部４８とに基づいて制御される。
【００３９】
なおコントローラ３３は、必要に応じて、設定された制御用データ、入力した光学顕微鏡画像データや探針の高さ位置に係るデータ等を記憶・保存する記憶部（図示せず）を備えている。
【００４０】
上記コントローラ３３に対して上位制御装置３４は、計測プログラムの記憶・実行および通常の計測条件の設定・記憶、計測データの保存、計測結果の画像処理および表示装置（モニタ）３５への表示等の処理を行う。
【００４１】
上位制御装置３４は、上記の機能を有することから、処理装置であるＣＰＵ５１と記憶部５２とから構成される。記憶部５２には上記のプログラムおよび条件データ等が記憶・保存されている。また上位制御装置３４は、画像表示制御部５３と通信部等を備える。加えて第２制御装置３４にはインタフェース５４を介して入力装置３６が接続されており、入力装置３６によって記憶部５２に記憶される測定プログラム、測定条件、データ等を設定・変更することができるようになっている。
【００４２】
上位制御装置３４のＣＰＵ５１は、バス５５を介して、コントローラ３３の各機能部に対して上位の制御指令等を提供し、またコントローラ３３内の画像処理部やデータ処理部等から画像データや探針の高さ位置に係るデータを提供される。
【００４３】
以上の装置構成において、探針２０による試料１２の表面のＸＹ走査は、探針２０の側をＸＹ微動機構で移動（微動）させることによって、または試料１２の側をＸＹステージ１４で移動（粗動）させることによって、試料１２と探針２０の間で相対的なＸＹ平面内での移動関係を作り出すことにより行われる。
【００４４】
次に試料ステージ１１の具体的構成例を図２に従って説明する。図２において、１４はＸＹステージであり、１５はＺステージである。ＸＹステージ１４は水平面（ＸＹ平面）上で試料を移動させる機構であり、Ｚステージ１５は垂直方向に試料１２を移動させる機構である。Ｚステージ１５は、例えば、ＸＹステージ１４の上に搭載されて取り付けられている。
【００４５】
ＸＹステージ１４は、下側に位置するＹ軸機構部１００Ｙと、このＹ軸機構部１００Ｙの上に配置されるＸ軸機構部１００Ｘとから構成されている。
【００４６】
Ｙ軸機構部１００Ｙは、Ｙ軸方向に向けて配置された平行な２本のＹ軸レール２０１Ａ，２０１Ｂと、Ｙ軸モータ２０２Ａ，２０２Ｂと、Ｙ軸駆動力伝達機構（Ｙ軸用駆動軸）２０３Ａ，２０３Ｂから構成される。Ｙ軸レール２０１Ａに対応してＹ軸モータ２０２ＡとＹ軸駆動力伝達機構２０３Ａの組が設けられ、Ｙ軸レール２０１Ｂに対応してＹ軸モータ２０２ＢとＹ軸駆動力伝達機構２０３Ｂの組が設けられている。すなわち、両側に、Ｙ軸モータ２０２ＡとＹ軸駆動力伝達機構２０３Ａ、Ｙ軸モータ２０２ＢとＹ軸駆動力伝達機構２０３Ｂの２組の駆動軸機構が設けられている。また２つのＹ軸モータ２０２Ａ，２０２Ｂは、後述するごとき条件を満たすように、好ましくは独立して駆動制御される。さらにＹ軸駆動力伝達機構２０３Ａ，２０３Ｂのそれぞれはリニアスケール等の位置検出機構を内蔵している。
【００４７】
Ｘ軸機構部１００Ｘは、Ｘ軸方向に向けて配置された平行な２本のＸ軸レール２０４Ａ，２０４Ｂと、Ｘ軸モータ２０５Ａ，２０５Ｂと、Ｘ軸駆動力伝達機構（Ｘ軸用駆動軸）２０６Ａ，２０６Ｂから構成される。Ｘ軸レール２０４Ａに対応してＸ軸モータ２０５ＡとＸ軸駆動力伝達機構２０６Ａの組が設けられ、Ｘ軸レール２０４Ｂに対応してＸ軸モータ２０５ＢとＸ軸駆動力伝達機構２０６Ｂの組が設けられている。すなわち、両側に、Ｘ軸モータ２０５ＡとＸ軸駆動力伝達機構２０６Ａ、Ｘ軸モータ２０５ＢとＸ軸駆動力伝達機構２０６Ｂの２組の駆動軸機構が設けられている。また２つのＸ軸モータ２０５Ａ，２０５Ｂは、後述するごとき条件を満たすように、好ましくは独立して駆動制御される。さらにＸ軸駆動力伝達機構２０６Ａ，２０６Ｂのそれぞれはリニアスケール等の位置検出機構を内蔵している。
【００４８】
上記ＸＹステージ１４によって、Ｚステージ１５はＸ軸方向またはＹ軸方向に任意に移動させられる。またＺステージ１５には、試料ホルダ１６をＺ軸方向に昇降させるための駆動機構が付設されている。図２では当該駆動機構は隠れており、図示されていない。試料ホルダ１６の上には試料１２を固定するためのチャック機構２０７が設けられる。
【００４９】
上記のＸＹステージ１４において、Ｙ軸機構部１００ＹとＸ軸機構部１００Ｘのそれぞれの構成および動作制御方法は同じである。そこで図３を参照して、本実施形態に係る走査機構としてＸ軸機構部１００Ｘを詳述する。図３では、走査機構としての原理を説明するため、図自体は簡略化して示されている。
【００５０】
図３では、横方向がＸ軸方向と定義され、縦方向がＹ軸方向と定義されている。Ｘ軸微動機構部１００Ｘの場合にはＸ軸方向が走査方向になる。さらに図３には、２つのＸ軸モータ２０５Ａ（Ｍ１），２０５Ｂ（Ｍ２）と、平行に配置された２つのボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１が示される。ボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１は、それぞれ、上記のＸ軸駆動力伝達機構（Ｘ軸用駆動軸）２０６Ａ，２０６Ｂの内部に設けられている。ボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１は、それぞれ、Ｘ軸モータ２０５Ａ，２０５Ｂによって駆動され、Ｘ軸モータ２０５Ａ，２０５Ｂの回転力を伝達し、走査ステージ２１１を移動させる。走査ステージ２１１は下面にボールネジナット２１２Ａ，２１２Ｂを備える。ボールネジナット２１２Ａ，２１２Ｂはそれぞれボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１に螺合している。なおここでは、前述した試料ホルダ１６の代わりに走査ステージ（被移動物）２１１として一般化して説明する。また図３では上記のＸ軸レール２０４Ａ，２０４Ｂの図示は説明の便宜上省略している。
【００５１】
ボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１のそれぞれには位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂが設けられる。走査ステージ２１１の両側に位置する２つの点２１４Ａ，２１４Ｂは、それぞれ、位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂによって検出される位置検出点である。位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂとしては、具体的に、例えばリニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位計等が使用される。また２つの点２１４Ａ，２１４Ｂを結ぶ線２１５は、走査ステージ２１１のセンタ線である。さらにセンタ線２１５上において２つの点２１４Ａ，２１４Ｂの間の中間点２１６が走査ステージ２１１のセンタ位置になる。
【００５２】
図３に示した上記のＸ軸機構部１００Ｘの構成において、平行な２つのボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１の間に懸架される走査ステージ２１１は、少なくとも測定時（静止時）には傾斜させられた姿勢に保たれる。すなわち、平行な２つのボールネジ２０６Ａ−１，２０６Ｂ−１に対して垂直な線２１７に対してセンタ線２１５が傾斜するような姿勢で走査ステージ２１１は移動しかつ測定を行うように、走査ステージ２１１のＸ軸方向の走査移動が制御される。その結果、線２１７とセンタ線２１５の上端は一致し、かつそれらの下端では位置の偏差“ｄ”が生じている。この偏差ｄは、通常はｄ＞０であるが、ｄ＝０の場合も含む。特に、偏差ｄは、単なる移動時には不要であるが、測定時には必須である。走査ステージ２１１のかかる走査移動の制御は、上記の２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂの駆動制御で実現される。２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂは、コントローラ３３等によって、独立して駆動され、かつ上記偏差ｄが生じるように駆動制御が行われる。独立の駆動制御で偏差ｄを生じさせる場合には、例えば２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂの回転速度をそれぞれ異なる一定速度に設定するように制御を行う。より具体的には、位置検出機構２１３Ａで検出されたモータ２０５Ａ等に基づく走査ステージ２１１の点２１４Ａの位置と、位置検出機構２１３Ｂで検出されたモータ２０５Ｂ等に基づく走査ステージ２１１の点２１４Ｂの位置との差が一定値の“ｄ”となるように、２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂの回転速度をそれぞれ異なる一定速度に設定するように制御を行う。なお図３における走査ステージ２１１の傾斜姿勢は誇張して示されている。
【００５３】
また上記２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂは、常に上記偏差ｄが生じるように、同期して駆動制御するように構成することもできる。この同期駆動制御では、偏差ｄが維持されるように同一速度で駆動される。
【００５４】
次に、走査ステージ２１１の走査移動に関して上記のごときモータ制御の仕組みを有するＸ軸機構部１００Ｘでは、次の作用が生じる。
【００５５】
測定点の位置算出と、位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂの分解能以下の高精度位置決めの内容とは、次の通りである。
【００５６】
位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂで得られる２組の位置検出情報に基づき、次の方法により測定点の位置情報を求める。ここで、測定点の位置は点２１６に対応している。図３の点２１６，２１４Ａ，２１４Ｂのそれぞれの座標を（ｘ，ｙ）、（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）とすると、直接に測定で得られるｘ1とｘ2、点２１６のｙ座標値（ｙ）から、点２１６のｘ座標値（ｘ）は次式で求められる。
【００５７】
【数１】
2006250636.tif 000003
【００５８】
ここで、ｍ，ｎはそれぞれ次の通りである。
【００５９】
【数２】
2006250636.tif 000004
【００６０】
また偏差ｄはｄ＝ｘ1−ｘ2で与えられる。この偏差ｄは、一定範囲で可変である。つまり、機構部品により設定可能範囲が変わるが、原子間力顕微鏡等の場合にはμｍ（ミクロンメータ）からサブμｍのオーダでの位置決め問題であり、通常、十分な可変範囲を得ることができる。２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂの駆動制御を、偏差ｄが生じるように行うことにより、センタ位置の点２１６に関して位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂの分解能より小さい分解能で位置決めが可能となる。
【００６１】
上記の構成およびモータ制御方法を有するＸ軸機構部１００Ｘでは、測定を行う際の走査ステージ２１１の静止時において、走査ステージ２１１におけるモータ２０５Ａのボールネジ２０６Ａ−１側の押付け力とモータ２０５Ｂのボールネジ２０６Ｂ−１側の押付け力とが逆方向になるように偏差ｄsを保つため、クリープ現象を抑止することができる。
【００６２】
また比較的に高速走査に対応した機構部品を用いるという前提の下で、前述した通り静止位置決め時には位置検出機構の分解能以下での安定した位置決めを行うことができる。さらに高速走査時において、２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂによる２軸駆動で同期駆動を行うことによって、加減速時の機構部品の撓み等も抑制でき、１軸駆動に比較して高加速が可能となる。
【００６３】
２つのモータ２０５Ａ，２０５Ｂによる２軸駆動の走査移動時に、一定偏差ｄdを保ったままで同期駆動するため、動作中一定のスラスト力を維持でき、小刻みな振動を抑えて動的位置決め精度を高めることができる。
【００６４】
なお、動的に維持する偏差ｄdと静止時の偏差ｄsは異なってもよい。基本的には、走査時には移動のスムーズさが重要であり、逆に静止時には静止剛性が重要なため、静止時の偏差ｄsの方を大きく設定する。
【００６５】
下記表１（偏差設定表）に、走査ステージ２１１に関する場面（「ステージ定速動作」、「加減速時」、「ステージ静止時」）に応じた偏差ｄの設定の例（ｄd1，ｄd2，ｄd3，ｄs1，ｄs2）を示す。偏差ｄは「プラス（＋）」でも「マイナス（−）」でよい。ここでは、走査ステージ２１１のＸ軸方向の走査動作について、Ｘ増加方向への移動としてｄ＝ｘ1−ｘ2（≧０）とする。なお、モータ２０５Ａ側のバックラッシュ（δ1）とモータ２０５Ｂ側のバックラッシュ（δ2）の合計量をδ（＝δ1＋δ2）と定義する。なお表Ｃ１中では、モータ２０５Ａを「Ｍ１」と記し、モータ２０５Ｂを「Ｍ２」と記している。
【００６６】
【表１】
2006250636.tif 000005
【００６７】
またステージの構造で決まる最大設定可能な偏差の量をｄmaxとし、上記の各偏差の関係をまとめると、図４のごとくなる。なお図４において、各矢印の長さは、設定範囲の大きさを定量的に表したものではない。
【００６８】
次に、図５に、２つのモータ２０５Ａ（Ｍ１），２０５Ｂ（Ｍ２）の動作を制御する制御系の構成例をブロック図で示す。モータ２０５Ａの側には制御信号ｘ1が供給される。当該制御信号ｘ1は、減算器３１１と駆動部３１２を経由して駆動信号に変換されてモータ２０５Ａに供給される。減算器３１１では、モータ２０５Ａに付設された位置検出機構２１３Ａによって検出された実際の位置データがフィードバックされ、制御信号ｘ1と実際の検出位置との差が求められる。他方、モータ２０５ｂの側では、減算器３１３で制御信号ｘ1と偏差信号ｄと差が求められる。この差信号（ｘ1−ｄ）が制御信号として供給され、減算器３１４と駆動部３１５を経由して駆動信号に変換されてモータ２０５Ｂに供給される。減算器３１４では、モータ２０５Ｂに付設された位置検出機構２１３Ｂによって検出された実際の位置データがフィードバックされ、制御信号（ｘ1−ｄ）と実際の検出位置との差が求められる。
【００６９】
演算部３１６では、位置検出機構２１３Ａ，２１３Ｂで検出された位置データに基づき前述した演算により走査ステージ２１１のセンタ位置の位置データに係る測定値を算出し、出力する。
【００７０】
上記の実施形態の説明ではＸ軸機構部１００Ｘについて説明したが、Ｙ軸機構部１００Ｙに関しても、その走査方向（送り方向）の移動に関して同様に構成される。
【００７１】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００７２】
例えば、モータとボールネジから成る駆動機構の代わりにリニアモータを用いることもできる。さらに前述の実施形態によれば、走査型プローブ顕微鏡における試料ステージ１１のＸＹステージ１４に関して説明したが、本発明に係る移動装置はこれに限定されず、例えば探針側の走査機構として用いることができ、さらに一般的に被移動物を移動させる移動装置として用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡の試料側または探針側の移動装置などとして利用される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る移動装置の適用例としての走査型プローブ顕微鏡の要部構成を示す図である。
【図２】試料ステージの具体的構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る移動装置を原理的に説明するためのＸ軸機構部の概略的な平面図である。
【図４】場面に応じた各種の偏差の大小関係を示す図である。
【図５】２つのモータ（駆動軸機構）の制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
１１      試料ステージ
１２      試料
１４      ＸＹステージ
１５      Ｚステージ
１６      試料ホルダ
２０      探針
２１      カンチレバー
２２      取付け部
２３      Ｚ微動機構
２９      ＸＹ微動機構
３３      コントローラ
３４      上位制御装置
１００Ｘ  Ｘ軸機構部
１００Ｙ  Ｙ軸機構部
２０５Ａ  モータ
２０５Ｂ  モータ
２１１    走査ステージ
２１３Ａ  位置検出機構
２１３Ｂ  位置検出機構
【図１】
2006250636.tif 000006
【図２】
2006250636.tif 000007
【図３】
2006250636.tif 000008
【図４】
2006250636.tif 000009
【図５】
2006250636.tif 000010