JPH05334980A - 試料ステージコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジョイスティックによる試料ステージの制御
において高速による移動と低速による移動とを可能と
し、低速移動によって分析点の微小な位置決めを可能と
する試料ステージコントローラを提供する。 【構成】 試料ステージコントローラにおいて、試料ス
テージ４の移動を制御する制御量を入力する入力手段１
と、入力手段１の入力量と前記試料ステージ４の駆動量
との関係を定める設定手段２とからなり、前記関係を非
直線的関係とするとともに、該関係を設定可能とするこ
とができるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線マイクロアナラ
イザなどの表面分析装置に使用する試料ステージコント
ローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子線マイクロアナライザなど
の表面分析装置において、試料を保持したり、入射電子
線の入射位置や放射されるＸ線などの方向を変更するた
めに試料ステージが使用されている。従来前記試料ステ
ージの移動には、その位置決めの再現性の必要性からス
テッピングモータが使用され、該ステッピングモータの
駆動制御手段としてジョイスティックあるいは押しボタ
ンスイッチ等が利用されている。

【０００３】前記ジョイスティックあるいは押しボタン
スイッチ等により入力された制御信号によってステッピ
ングモータは駆動され、該駆動状態及び該駆動による試
料ステージの移動量の確認や位置決めは目視によって行
なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の前記試料ステージにおいては、以下の問題点を有
している。 （１）電子線マイクロアナライザなどの表面分析装置に
よる分析点に試料上の一点を移動させる場合、試料ステ
ージの移動速度が低速であると位置合わせに時間がかか
る。 （２）また、前記の位置合わせにおいて、試料ステージ
の移動速度が高速であると微小な位置決めは困難であ
る。 （３）ジョイスティックによる試料ステージの制御にお
いては、ジョイスティックの傾斜角度と試料ステージの
移動速度がほぼ比例関係にあるので、低速度による位置
決めは困難である。

【０００５】本発明は上記の問題点を除去し、ジョイス
ティックによる試料ステージの制御において高速による
移動と低速による移動との両方を可能とし、低速移動に
よって分析点の微小な位置決めを可能とする試料ステー
ジコントローラを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を克服するために、試料ステージコントローラにおい
て、試料ステージの移動を制御する制御量を入力する入
力手段と、入力手段の制御量と試料ステージの駆動量と
の関係を定める設定手段とからなり、前記関係を非直線
的関係とするとともに、該関係を設定可能とすることが
できるものである。

【０００７】また、ステージを移動させる手段としての
ジョイスティックと１ステップ当たりのステッピングモ
ータの回転角を外部設定することのできるものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、ジョイスティックの傾斜角度
に対してステージ移動速度と同時にステッピングモータ
の回転角／ステップを割当て、ステージの微小領域の位
置決めと高速移動を実現する。例えば、傾き全角度に対
して０°〜３０°のとき０°〜１５°を０．０４５°／
ステップ、１５°〜３０°を０．４５°／ステップのよ
うにする。このことによって微小位置決め時は低速度、
微小ステップで位置決めができ、また、高速動作も損な
うことがない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の試料ステージコン
トローラの構成図である。図１において、１はジョイス
ティック、２はコントローラ、３はパルスモータドライ
バ、４は試料ステージ、５はＳＥＭ像用モニターであ
る。

【００１０】ジョイスティック１のスティックの傾斜角
度信号はコントローラ２に送信される。コントローラ２
は前記傾斜角度信号に基づいて、パルスモータドライバ
３に試料ステージ４の移動速度及び移動方向に関する制
御信号を送信する。次に、パルスモータドライバ３は前
記制御信号に基づいて、試料ステージ４を駆動するＸ軸
モータ、Ｙ軸モータ、及びＺ軸モータに駆動信号を送信
する。

【００１１】より正確な位置決めが必要な場合には、Ｓ
ＥＭ像用モニター５の像を参照しながら行なわれる。ま
た、ＳＥＭ像の代わりにＢＳＥ像を利用することもでき
る。本発明の試料ステージコントローラにおいては、前
記コントローラ２において形成する制御信号をジョイス
ティック１のスティックの傾斜角度に応じて変更するこ
とによって、試料ステージ４の移動速度の特性を変更す
るものである。

【００１２】次に、本発明の前記コントローラの特性を
説明する。図２は本発明のコントローラの特性図であ
る。図２において、横軸はジョイスティック１のスティ
ックの傾斜角度、及び該傾斜角度に基づくジョイスティ
ック１の出力電圧であり、縦軸は試料ステージ４の移動
速度である。

【００１３】従来のコントローラの特性は図において一
定の傾斜角度の破線で示すように、ジョイスティック１
のスティックの傾斜角度と試料ステージ４の移動速度は
一定の比例関係にある。該比例関係によって、ジョイス
ティック１のスティックを大きく傾斜させて高速によっ
て移動させる場合における試料ステージ４の移動速度の
変化の程度と、ジョイスティック１のスティックを小さ
く傾斜させて低速によって移動させる場合における試料
ステージ４の移動速度の変化の程度とは同じとなる。

【００１４】したがって、高速で試料ステージ４を移動
させる場合には、ジョイスティック１のスティックをよ
り大きく傾斜させる必要があり、また逆に低速で試料ス
テージ４を移動させて微小な位置決めを行なう場合には
ジョイスティック１のスティックの傾斜角度をより細か
く調節する必要がある。一方、本発明の本発明のコント
ローラの特性は図の幾つかの傾斜角度からなる折れ線で
示されるように、ジョイスティック１のスティックの傾
斜角度に対する試料ステージ４の移動速度は一定の比例
関係になく、ジョイスティック１のスティックの傾斜角
度範囲に応じてその比例係数が異なっている。

【００１５】ジョイスティック１のスティックの傾斜角
度が小さい場合には、スティックの傾斜角度に対する試
料ステージ４の移動速度の変化は小さく、またジョイス
ティック１のスティックの傾斜角度が大きい場合には、
スティックの傾斜角度に対する試料ステージ４の移動速
度の変化は大きく設定されている。また、その中間にお
いては、スティックの傾斜角度に対する試料ステージ４
の移動速度の変化は標準の大きさに設定される。

【００１６】したがって、高速で試料ステージ４を移動
させる場合には、ジョイスティック１のスティックの傾
斜角度を小さなストロークで角度調整し、それによって
移動速度を大きく変えることができ目的位置に速く移動
させることができ、また逆に低速で試料ステージ４を移
動させて微小な位置決めを行なう場合には、ジョイステ
ィック１のスティックの傾斜角度を大きなストロークで
角度調整し、移動速度を細かく変えることができ位置決
めの微調整を容易に行なうことができる。

【００１７】前記ジョイスティック１は、ジョイスティ
ック１のスティックの傾斜角度に応じた電圧信号を出力
し、コントローラ２への入力電圧となる。図において
は、ジョイスティック１のスティックの傾斜角度の最大
傾斜角度を３０度とし、該最大傾斜角度に対するコント
ローラ入力電圧をＶと設定する。また、コントローラの
特性の折れ線を、ジョイスティック１のスティックの傾
斜角度が０度から１５度の範囲においては速度０から最
大速度ｖの４分の１のｖ／４、ジョイスティック１のス
ティックの傾斜角度が１５度から２５度の範囲において
は最大速度ｖの４分の１のｖ／４から最大速度ｖの２分
の１のｖ／２、ジョイスティック１のスティックの傾斜
角度が２５度から３０度の範囲においては最大速度ｖの
２分の１のｖ／２から最大速度ｖとしている。

【００１８】また、前記の場合において、コントローラ
入力電圧はジョイスティック１のスティックの傾斜角度
が１５度のときは最大コントローラ入力電圧Ｖの２分の
１のＶ／２、ジョイスティック１のスティックの傾斜角
度が２５度のときは最大コントローラ入力電圧Ｖの６分
の５の５Ｖ／６としている。本発明のコントローラの特
性は前記の折れ線によるものに限らず、曲線によって設
定することができる。この場合のコントローラの特性
は、ジョイスティック１のスティックの傾斜角度が小さ
い範囲においてはジョイスティック１のスティックの傾
斜角度に対する試料ステージ４の移動速度の変化を小さ
くとり、ジョイスティック１のスティックの傾斜角度が
大きい範囲においてはジョイスティック１のスティック
の傾斜角度に対する試料ステージ４の移動速度の変化を
大きくとるものである。

【００１９】前記本発明のコントローラ特性の実施手段
について説明する。前記本発明のコントローラ特性は、
ジョイスティック１のスティックの傾斜角度に対するス
テップモータの１ステップ当たりの回転角度の量と、ジ
ョイスティック１のスティックの傾斜角度に対する単位
時間当たりの前記ステップモータのステップ数とによっ
て設定される。

【００２０】始めに、ジョイスティック１のスティック
の傾斜角度に対するステップモータの１ステップ当たり
の回転角度の量について、例えば図３の例によって説明
する。図において、横軸はジョイスティック１のスティ
ックの傾斜角度、及び該傾斜角度に基づくジョイスティ
ック１の出力電圧であり、縦軸はステップモータの１ス
テップ当たりの回転角度量である。ステップモータの１
ステップ当たりの回転角度量は、ステップモータに駆動
パルス信号が１パルス入力されたときのステップモータ
の回転角度を表すものであり、該値が大きければ同じ入
力信号に対してステップモータの回転角度は大きくな
り、試料ステージ４の移動量は大きくなる。

【００２１】本発明のジョイスティック１のスティック
の傾斜角度に対するステップモータの１ステップ当たり
の回転角度は、ジョイスティック１のスティックの傾斜
角度がθ₁ までの小さな範囲においてはａ度／ステップ
であり、またジョイスティック１のスティックの傾斜角
度がθ₁ からθ₂ までの大きな範囲においてはｎ倍のｎ
ａ度／ステップに設定される。したがって、ステップモ
ータに駆動パルス信号が入力されてステップモータが１
ステップ駆動されると、ジョイスティック１のスティッ
クの傾斜角度がθ₁ までの小さな範囲においてはステッ
プモータはａ度回転し、また、ジョイスティック１のス
ティックの傾斜角度がθ₁ からθ₂ までの大きな範囲に
おいてはｎ倍のｎａ度回転する。

【００２２】次に、ジョイスティック１のスティックの
傾斜角度に対する単位時間当たりの前記ステップモータ
のステップ数について、例えば図４の例によって説明す
る。図において、横軸はジョイスティック１のスティッ
クの傾斜角度、及び該傾斜角度に基づくジョイスティッ
ク１の出力電圧であり、縦軸はステップモータを駆動す
る単位時間当たりのステップ信号数である。前記ステッ
プモータを駆動する単位時間当たりのステップ信号数が
多い程ステップモータの駆動回数は多くなり、試料ステ
ージ４の移動速度は速くなる。

【００２３】本発明のジョイスティック１のスティック
の傾斜角度に対するステップモータを駆動する単位時間
当たりのステップ信号数は、ジョイスティック１のステ
ィックの傾斜角度がθ₁ までの小さな範囲においては０
からｂステップ／時間まで変化し、またジョイスティッ
ク１のスティックの傾斜角度がθ₁ からθ₂ までの大き
な範囲においてはｂ／ｎステップ／時間からｂステップ
／時間まで変化するように設定される。

【００２４】本発明のコントローラ特性は、前記のステ
ップモータの１ステップ当たりの回転角度の量と、単位
時間当たりのステップモータのステップ数との積によっ
て設定される。図５は本発明のコントローラ特性図であ
る。図５において、横軸はジョイスティック１のスティ
ックの傾斜角度、及び該傾斜角度に基づくジョイスティ
ック１の出力電圧であり、縦軸はステップモータの時間
当たりの回転角度であり、試料ステージ４の移動速度を
示している。

【００２５】図５は図３の前記ジョイスティック１のス
ティックの傾斜角度に対するステップモータの１ステッ
プ当たりの回転角度の量と図４のジョイスティック１の
スティックの傾斜角度に対する単位時間当たりの前記ス
テップモータのステップ数の積によって得られる。図５
は説明を簡略するため図２の本発明のコントローラ特性
を簡略して２本の折れ線によって特性を形成している。

【００２６】図において、ジョイスティック１のスティ
ックの傾斜角度がθ₁ までの小さな範囲においてはステ
ップモータの時間当たりの回転角度は０から最大ａｂの
間をとることができ、またジョイスティック１のスティ
ックの傾斜角度がθ₁ からθ ₂ までの大きな範囲におい
てはステップモータの時間当たりの回転角度はａｂから
最大ｎａｂの間をとることができる。

【００２７】したがって、ジョイスティック１のスティ
ックの傾斜角度がθ₁ までの小さな範囲においては、試
料ステージ４の移動速度は遅くジョイスティック１のス
ティックの大きなストロークに対して微小な速度変化を
制御することができる。一方、ジョイスティック１のス
ティックの傾斜角度がθ₁ からθ₂ までの大きな範囲に
おいては、試料ステージ４の移動速度は速くジョイステ
ィック１のスティックの小さなストロークに対して大き
な速度変化を制御することができる。

【００２８】次に、本発明のコントローラ特性を実施す
る手段の構成例について説明する。図６は本発明のコン
トローラの構成図である。図６において、２０はＶ／Ｆ
コンバータ、２２は全波整流回路、２４は折れ線回路、
２６は回転角／ステップ設定回路、２８はオペアンプで
ある。コントローラ２にはジョイスティック１からの入
力信号が入力され、出力信号はパルスモータドライバ３
に出力される。

【００２９】前記コントローラ２の出力信号は、前記ス
テップモータの１ステップ当たりの回転角度の量を定め
るレベル信号と単位時間当たりのステップモータのステ
ップ数を定めるステップ信号とステップモータの回転方
向を定める回転方向信号の３つの信号からなる。前記ス
テップ信号はジョイスティック１からの入力信号をオペ
アンプ２８を介してＶ／Ｆコンバータ２０において入力
電圧に比例した周波数信号として出力される。

【００３０】前記レベル信号は、オペアンプ２８、全波
整流回路２２、折れ線回路２４、及び回転角／ステップ
設定回路２６を直列接続して行なわれる。ジョイスティ
ック１からの入力信号はオペアンプ２８を介して全波整
流回路２２において全波整流され、さらに折れ線回路２
４に入力される。前記折れ線回路２４において、ジョイ
スティック１からの入力信号の信号レベルのコントロー
ラ特性上の高速移動の範囲かあるいは微動移動の範囲か
の判定を行う。さらに、回転角／ステップ設定回路２６
において１ステップ量に対するステップモータの回転角
を設定される。

【００３１】前記回転角／ステップ設定回路２６によっ
て、ステップモータの１ステップ当たりの回転角度の量
を調節して試料ステージの移動量を調節することができ
る。また、回転方向信号は前記全波整流回路２２から出
力され、ステップモータの回転方向が制御されて試料ス
テージ４の移動方向が制御される。前記レベル信号とス
テップ信号と回転方向信号は、それぞれ試料ステージの
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向に対して出力さ
れる。

【００３２】図７はパルスモータドライバの構成図であ
る。図において、パルスモータドライバ３には前記レベ
ル信号とステップ信号と回転方向信号が前記コントロー
ラ２から入力され、試料ステージ４のそれぞれのＸ軸モ
ータ４１、Ｙ軸モータ４２、及びＺ軸モータ４３に励磁
パターンが出力される。

【００３３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）電子線マイクロアナライザなどの表面分析装置に
よる分析点に試料上の一点を移動させる場合、試料ステ
ージの移動速度を高速移動と低速移動の使い分けをする
ことができる。 （２）前記試料ステージの移動速度を高速移動とするこ
とによって位置決めに要する時間を短縮することができ
る。 （３）前記試料ステージの移動速度を低速移動とするこ
とによって微小な位置決めを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の試料ステージコントローラの構成図で
ある。

【図２】本発明のコントローラの特性図である。

【図３】本発明のステップモータの１ステップ当たりの
回転角度である。

【図４】本発明の単位時間当たりのステップモータのス
テップ数である。

【図５】本発明のコントローラの特性図である。

【図６】本発明のコントローラの構成図である。

【図７】本発明のパルスモータドライバの構成図であ
る。

【符号の説明】

１…ジョイスティック、２…コントローラ、３…パルス
モータドライブ、４…試料ステージ、５…ＳＥＭ像用モ
ニター、２０…Ｖ／Ｆコンバータ、２２…全波整流回
路、２４…折れ線回路、２６…回転角／ステップ設定回
路、２８…オペアンプ、４１…Ｘ軸モータ、４２…Ｙ軸
モータ、４３…Ｚ軸モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料ステージコントローラにおいて、
   （ａ）前記試料ステージの移動を制御する制御量を入力
   する入力手段と、（ｂ）前記入力手段の制御量と前記試
   料ステージの駆動量との関係を定める設定手段とからな
   り、（ｃ）前記関係を非直線的関係とするとともに該関
   係は設定可能であることを特徴とする試料ステージコン
   トローラ。