JPH08129985A

JPH08129985A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH08129985A
Application number: JP6264792A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Mori; 太森; Kazuhiko Fukazawa; 和彦深澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ステージのバックラッシュ、及び送りねじの
ピッチ誤差がある場合でも、円滑に且つ正確に観察視野
を移動させる。【構成】試料９上を電子ビーム３で走査し、試料９上
の観察視野内の拡大像をＣＲＴディスプレイ２５に表示
する。試料９が載置されるステージ１２Ｘ，１２Ｙは、
マイクロステップ駆動方式で制御されているパルスモー
タ１４Ｘ，１４Ｙに回転される送りねじ１３Ｘ，１３Ｙ
を介して駆動される。試料９の代わりに基準ウエハを載
置して、ステージ１２Ｘ，１２Ｙを反転させて移動させ
ることにより、バックラッシュ量ＢＸ（±）及び送りね
じのピッチ誤差ΔＰ（Ｘ）を求めてメモリ３３に格納し
ておき、ステージ１２Ｘ，１２Ｙを駆動する際にステー
ジ制御手段１９がそれらの補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の微細構
造を観察するために使用される走査型電子顕微鏡に関
し、特に試料が載置されるステージをパルスモータの駆
動力を用いて送りねじ方式で移動させる走査型電子顕微
鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡においては、電子銃か
ら射出され収束レンズにより収束された電子ビームが偏
向コイルにより偏向され、偏向された電子ビームが対物
レンズを介して試料の表面を２次元的に走査する。そし
て、試料の表面から発生する２次電子が２次電子検出器
等を介して画像信号に変換され、この画像信号に基づい
てその試料の拡大像が画像表示装置（ＣＲＴディスプレ
イ等）の画面上に表示される。

【０００３】このとき、観察倍率はオペレータが所定の
範囲内で所望の値に設定することができ、その設定され
た観察倍率に応じて試料上での電子ビームの走査範囲、
及び走査速度等が調整される。また、試料上での電子ビ
ームの走査範囲中でオペレータにより観察対象として指
定される範囲が観察視野であり、この観察視野内の設定
された観察倍率での拡大像が画像表示装置の画面上に表
示される。

【０００４】その試料上での観察視野を移動させて、そ
の画像表示装置の画面上で試料の観察画像を移動させる
方式としては、機械的視野移動方式と電気的視野移動方
式との２つがある。機械的視野移動方式とは、移動制御
装置を用いて試料が載置されたステージを移動するもの
で、電気的視野移動方式とは、電子ビームの試料上での
走査領域を電子光学系制御回路により移動させるか、又
はその走査領域内での画像データの選択領域を移動させ
ることにより、観察視野を移動させるものである。

【０００５】電気的視野移動方式では、観察倍率が高倍
率のときに画像を定速に移動できる利点があった。その
一方で、電子ビームの振り幅に制限があり、この制限幅
はステージの移動量よりはるかに狭いものであった。こ
のため、オペレータは通常、必要に応じて機械的視野移
動方式と電気的視野移動方式とを切り換えて使用してい
た。それ以外に、観察倍率に応じて自動的に両方式を切
り換える装置も使用されていた。これに関して、機械的
に観察視野を移動させるための、従来のステージの駆動
手段としては、フルステップ駆動（若しくはハーフステ
ップ駆動）されるパルスモータ（即ち、ステッピングモ
ータ）で送りねじを駆動してステージを送る送りねじ方
式が使用されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、ステージを移動する際に送りねじのバック
ラッシュがあるため、ステージの移動方向が反転すると
きに、パルスモータは回転するがステージは暫く動かな
い、又は移動すべき方向と逆方向に僅かに動いてしまう
という現象が発生していた。

【０００７】特に、画像表示装置に映し出される試料観
察画像を見ながら、オープンループでステージを移動す
るときにこの影響が顕著であり、オペレータは試料観察
画像の動き方に違和感を感ずると共に、ステージを正確
に操作するのが難しいという不都合があった。また、従
来は、試料上の観察視野を回転させるには、電子ビーム
の走査方向を傾けるようにしていた。しかしながら、こ
のように画像表示装置上の画像を回転させた状態で、そ
の観察視野に隣接する領域を観察するためにステージを
機械的に移動させると、ステージの移動方向の基準が回
転前の座標系であるために、試料観察画像が対角線方向
に移動して、観察しにくいという不都合があった。例え
ば、観察視野をＸ軸から時計方向に４５°回転させた状
態で、観察視野を左右の辺の方向に移動させようとして
も、ステージがＸ方向に移動するため、画像表示装置上
の試料観察画像はＸ軸から反時計方向に４５°傾いた方
向に移動していた。

【０００８】また、従来の走査型電子顕微鏡において
は、画像表示装置上の試料観察画像を見ながら、ステー
ジを駆動する機械的視野移動方式で観察視野を移動する
場合、観察倍率によって試料観察画像の移動速度が異な
るため、試料観察画像を動かすのに違和感があると同時
に、観察視野を任意の位置に位置決めするのが難しいと
いう不都合があった。特に、観察倍率が高倍の場合は、
試料観察画像が速く移動するため、観察視野を任意の位
置に位置決めするのが非常に困難であった。

【０００９】更に、従来の走査型電子顕微鏡において
は、ステージを移動する際、送りねじ（例えばボールね
じ）のピッチ誤差があるため、オープンループ方式で正
確に観察視野を所望の位置に位置決めすることが難しい
という不都合もあった。これは、送りねじのピッチ誤差
がメーカの規格値に入っていたとしても、ステージで要
求される位置決め精度がその規格値以上に厳しい場合に
生ずるものである。特に、観察倍率が高倍の場合、画像
表示装置の有効画面に対応する有効観察視野の範囲は極
めて狭くなり、ステージの位置決め精度が極めて細かく
なり、送りねじのピッチ誤差が無視できなくなってい
た。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、試料を位置決め
するステージにバックラッシュが存在しても、機械的視
野移動方式で試料上の観察視野を正確に所望の位置に移
動させることができる走査型電子顕微鏡を提供すること
を第１の目的とする。更に、本発明は、試料上の観察視
野を電気的に回転した状態で、画像表示装置を見ながら
機械的視野移動方式で観察視野を試料上の隣接する領域
の方向に移動する場合、観察視野の回転角に依存しない
で観察視野を移動でき、観察視野の位置決めが容易な走
査型電子顕微鏡を提供することを第２の目的とする。

【００１１】また、本発明は、画像表示装置の試料観察
画像に基づいて、機械的視野移動方式で観察視野を移動
する場合、試料の観察倍率が何倍であっても、その倍率
に依存しないで画像表示装置上で一定速度で試料観察画
像を移動することができる走査型電子顕微鏡を提供する
ことを第３の目的とする。また、本発明は、試料を位置
決めするためのステージの送りねじにピッチ誤差が存在
する場合でも、機械的視野移動方式で試料上の観察視野
を正確に所望の位置に移動させることができる走査型電
子顕微鏡を提供することを第４の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による第１〜第４
の走査型電子顕微鏡は、例えば図１に示すように、試料
（９）上で電子線を走査し、その試料から発生する２次
電子を検出して得られる画像信号を用いて画像表示手段
（２５）上に試料（９）上の所定の観察視野内の画像を
表示する走査型電子顕微鏡において、試料（９）をその
電子線の走査面上で２次元的に移動させる送りねじ方式
のステージ（１２Ｘ，１２Ｙ，１３Ｘ，１３Ｙ）と、こ
れらステージの２つの送りねじ（１３Ｘ，１３Ｙ）をそ
れぞれ回動駆動する２つのパルスモータ（１４Ｘ，１４
Ｙ）と、これら２つのパルスモータをマイクロステップ
駆動するマイクロステップ駆動制御手段（２０Ｘ，２０
Ｙ）と、を有する点では共通である。

【００１３】そして、第１の走査型電子顕微鏡は、その
ステージの移動方向が反転する際のバックラッシュ量を
記憶するバックラッシュ量記憶手段（３３ａ）と、試料
（９）上でその観察視野を所定の移動量だけ移動させる
際に、そのステージの直前の移動方向、これからの移動
方向、及びそのバックラッシュ量記憶手段（３３ａ）の
記憶内容に基づいてその所定の移動量を補正し、この補
正された移動量に対応する角度だけマイクロステップ駆
動制御手段（２０Ｘ，２０Ｙ）を介してパルスモータ
（１４Ｘ，１４Ｙ）を駆動する視野移動制御手段（１
９）と、を有するものである。

【００１４】また、第２の走査型電子顕微鏡は、画像表
示手段（２５）上に表示される画像を所定角度回転させ
る画像回転手段（２６〜２８）と、試料（９）上でその
観察視野を移動させる際に、その画像回転手段により回
転された方向にステージ（１２Ｘ，１２Ｙ，１３Ｘ，１
３Ｙ）が進むようにマイクロステップ駆動制御手段（２
０Ｘ，２０Ｙ）を介してパルスモータ（１４Ｘ，１４
Ｙ）を駆動する視野移動制御手段（１９）と、を有する
ものである。

【００１５】また、第３の走査型電子顕微鏡は、画像表
示手段（２５）上に表示される画像の観察倍率を切り換
える倍率切換手段（２６）と、試料（９）上でその観察
視野を移動させる際に、倍率切換手段（２６）により切
り換えられる前の移動速度に対して、倍率切換手段（２
６）により切り換えられる前の観察倍率とこれからの観
察倍率との比を乗じて得られた速度でそれらステージが
進むようにマイクロステップ駆動制御手段（２０Ｘ，２
０Ｙ）を介してパルスモータ（１４Ｘ，１４Ｙ）を駆動
する視野移動制御手段（１９）と、を有するものであ
る。

【００１６】また、第４の走査型電子顕微鏡は、それら
ステージの２つの送りねじ（１３Ｘ，１３Ｙ）のピッチ
誤差を記憶するピッチ誤差記憶手段（３３ｄ）と、試料
（９）上でその観察視野を所定の移動量だけ移動させる
際に、ピッチ誤差記憶手段（３３ｄ）で記憶されている
ピッチ誤差に基づいてその所定の移動量を補正し、この
補正された移動量に対応する角度だけマイクロステップ
駆動制御手段（２０Ｘ，２０Ｙ）を介してパルスモータ
（１４Ｘ，１４Ｙ）を駆動する視野移動制御手段（１
９）と、を有するものである。

【００１７】

【作用】斯かる本発明の第１〜第４の走査型電子顕微鏡
によれば、試料（９）を位置決めするためのステージ
は、マイクロステップ駆動されたパルスモータ（１４
Ｘ，１４Ｙ）により送りねじ方式で駆動される。マイク
ロステップ駆動制御では、フルステップ又はハーフステ
ップ駆動に比べてパルスモータの最小ステップ角を例え
ば１／１００程度にできるため、位置決めの分解能を通
常走査型電子顕微鏡で設定される観察視野の幅より１桁
程度以上小さくできる。

【００１８】そして、先ず第１の走査型電子顕微鏡で
は、ステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）の送りねじ（１３Ｘ，
１３Ｙ）のバックラッシュ量を予め求めてバックラッシ
ュ量記憶手段（３３ａ）に記憶させておき、ステージ
（１２Ｘ，１２Ｙ）を駆動する際に移動方向が反転する
ときに、移動すべき量を補正する。このとき、マイクロ
ステップ駆動によりステージの位置決め分解能が高いた
め、そのバックラッシュ量が例えば１μｍ程度であって
も正確に補正できる。

【００１９】次に、第２の走査型電子顕微鏡によれば、
例えば図８（ａ）に示すように、試料上で電気的に観察
視野（４３Ａ）をＸ軸に対して角度θだけ回転させる
と、画像表示手段（２５）の画面（２５ａ）には図８
（ｂ）に示すように、回転させた観察視野（４３Ａ）の
拡大像が表示される。その後、図８（ｂ）の画像を右辺
方向に移動させるように指示を出すと、ステージ（１２
Ｘ，１２Ｙ）はＸ軸に対して角度θだけ傾いた方向に移
動する。これにより、観察視野（４３Ａ）は次第に領域
（４３Ｂ）、領域（４３Ｃ）、…と移動する。この際
に、観察視野（４３Ａ）の通常の幅に比べてマイクロス
テップ駆動方式で移動するステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）
の分解能は１桁程度以上細かくできるため、正確に且つ
滑らかに観察視野を移動させることができる。

【００２０】また、第３の走査型電子顕微鏡によれば、
観察倍率を切り換えた場合でも、画像表示手段（２５）
の画面（２５ａ）上での試料観察画像の移動速度が一定
となる。従って、操作性が向上する。この際に、マイク
ロステップ駆動方式でステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）を高
い分解能で移動できるため、移動速度も高精度に制御で
きる。

【００２１】また、第４の走査型電子顕微鏡によれば、
ステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）の送りねじ（１３Ｘ，１３
Ｙ）のピッチ誤差を予め求めてピッチ誤差記憶手段（３
３ｄ）に記憶させておき、ステージ（１２Ｘ，１２Ｙ）
を駆動する際に移動すべき量を補正する。このとき、マ
イクロステップ駆動によりステージの位置決め分解能が
高いため、そのピッチ誤差が例えば１μｍ程度であって
も正確に補正できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明による走査型電子顕微鏡の一実
施例につき図面を参照して説明する。図１は本実施例の
走査型電子顕微鏡の機構部、及び制御系を示し、この図
１において、上部の電子銃２から射出された電子ビーム
３は、アパーチャ４を通過して収束レンズ５で収束され
た後、Ｘ偏向コイル６及びＹ偏向コイル７によりそれぞ
れＸ方向、及びＹ方向に偏向される。なお、ここでは電
子光学系の光軸に垂直な平面上の直交する２方向をＸ方
向、及びＹ方向としている。

【００２３】２方向に偏向された電子ビーム３は、更に
対物レンズ８を介して、不図示の試料室内の試料９の表
面に収束され、その表面の所定の領域を走査する。試料
９は、試料台１１を介してＹステージ１２Ｙ上に載置さ
れ、Ｙステージ１２ＹはＸステージ１２Ｘ上で、Ｙ方向
に伸びた送りねじ１３Ｙに螺合し、パルスモータ（即
ち、ステッピングモータ）１４Ｙで送りねじ１３Ｙを正
逆方向に回転させることにより、Ｙステージ１２ＹをＹ
方向に駆動できる。更に、Ｘステージ１２Ｘはベース１
５上で、Ｘ方向に伸びた送りねじ１３Ｘに螺合し、パル
スモータ１４Ｘで送りねじ１３Ｘを正逆方向に回転させ
ることにより、Ｘステージ１２ＸをＸ方向に駆動できる
ようになっている。本例では、マイクロステップ駆動用
の移動制御装置２０Ｘ及び２０Ｙが、それぞれパルスモ
ータ１４Ｘ及び１４Ｙを駆動する。即ち、パルスモータ
１４Ｘ及び１４Ｙは、それぞれマイクロステップ駆動方
式（詳細後述）で駆動される。

【００２４】また、Ｙステージ１２Ｙ上にＸ軸に垂直な
反射面を有する移動鏡１６Ｘ、及びＹ軸に垂直な反射面
を有する移動鏡１６Ｙが固定され、レーザ干渉計１７Ｘ
及び移動鏡１６Ｘにより試料台１１のＹ座標が計測さ
れ、レーザ干渉計１７Ｙ及び移動鏡１６Ｙにより試料台
１１のＸ座標が計測されている。レーザ干渉計１７Ｘ及
び１７Ｙにより計測された座標（Ｘ，Ｙ）は、装置全体
の動作を統轄制御する中央制御系１８内のステージ制御
手段１９に供給されている。

【００２５】なお、本実施例ではマイクロステップ駆動
方式により、ステージ１４Ｘ，１４Ｙはレーザ干渉計の
計測分解能に近い移動ステップで駆動されるため、必ず
しもレーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙを設ける必要はない。
そこで、本実施例では、レーザ干渉計１７Ｘ，１７Ｙの
計測値は、主にパルスモータ１４Ｘ，１４Ｙが脱調して
ステージ１４Ｘ，１４Ｙの移動速度や位置が指定された
状態から外れたときの監視用に使用している。

【００２６】また、試料９の斜め上方には２次電子検出
器２２が配設され、電子ビーム３の照射により試料９の
表面から発生する２次電子２１が２次電子検出器２２に
より検出される。２次電子検出器２２からの検出信号Ｓ
１は、増幅器２３及び不図示のアナログ／デジタル変換
器を介して画像データとして画像処理回路２４中のフレ
ームメモリに格納される。画像処理回路２４には、後述
の電子光学系制御回路２８から、観察視野を示す情報、
及び電子ビームの走査に対応する同期信号も供給され、
画像処理回路２４は、そのフレームメモリから観察視野
に対応する画像データを読み出して、走査を示す同期信
号と共にＣＲＴディスプレイ２５に供給する。ＣＲＴデ
ィスプレイ２５の表示画面には、試料９上のその観察視
野内の画像が所定の拡大倍率で表示される。また、ＣＲ
Ｔディスプレイ２５の表示画面には、拡大倍率や、観察
視野の移動方向の指定等を行うための表示もなされてい
る。

【００２７】さて、走査型電子顕微鏡を使用するには、
オペレータが拡大倍率、及び観察視野等を設定する必要
がある。そこで、本例の中央制御系１８には、拡大倍
率、観察視野の回転角、及び観察視野を設定するための
画像倍率回転視野設定部２６、ステージ１２Ｘ，１２Ｙ
の移動速度及び移動方向を設定するためのステージ速度
設定部２９、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動方向及び移
動距離を設定するためのステージ位置設定部３０、及び
後述のようにステージ１２Ｘ，１２Ｙのバックラッシュ
量等を入力するためのデータ入力部３１が接続されてい
る。

【００２８】具体的に、画像倍率回転視野設定部２６
は、キーボード、及びマウスより構成され、オペレータ
はＣＲＴディスプレイ２５上の観察倍率の数値をキーボ
ードからのキー入力によって設定し、キー入力によって
観察視野の回転角を設定し、ＣＲＴディスプレイ２５の
表示画面に表示されている試料の拡大画像中からマウス
操作によって所望の部分を切り出して観察視野を設定す
る。それらキーボード及びマウスからの信号は中央制御
系１８内の倍率設定記憶手段２７に供給される。倍率設
定記憶手段２７は、指定された拡大倍率、回転角、及び
観察視野の輪郭の位置情報を内部のメモリに記憶すると
共に、拡大倍率、回転角、及び観察視野の情報を電子光
学系制御回路２８に供給する。

【００２９】電子光学系制御回路２８からＸ偏向コイル
６、及びＹ偏向コイル７等より構成される電子光学系に
対して、指定された拡大倍率、及び観察視野の回転角に
対応した制御信号が出力される。また、電子光学系制御
回路２８は、Ｘ偏向コイル６、Ｙ偏向コイル７で電子ビ
ームを走査するための制御信号に同期した同期信号、及
び観察視野の情報を画像処理回路２４に出力する。試料
９上で電子ビームは拡大倍率に応じた走査範囲を走査
し、且つ指定された回転角でその電子ビームの走査方向
を回転させる。これにより、ＣＲＴディスプレイ２５上
の拡大画像としては、オペレータに指定された倍率で、
且つ指定された回転角だけ回転された状態の試料の像が
表示される。

【００３０】このとき、最初にＣＲＴディスプレイ２５
の表示画面に表示されるのは、例えば試料９上の電子ビ
ームによる走査領域のほぼ全部の拡大像であり、マウス
操作によって切り出されるのは、その走査領域から選択
された部分領域の拡大像である。本例では、ＣＲＴディ
スプレイ２５の表示画面に表示されている拡大像に対応
する試料９上の領域を「観察視野」と呼ぶ。従って、マ
ウス操作によって、全体の拡大像中から所定の部分を切
り出したときには、この切り出された部分に対応する試
料９上の可変の部分領域が観察視野となる。その画像の
切り出しは、画像処理回路２４中のフレームメモリから
指定された観察視野に対応する範囲の画像データを読み
出すことによって行われる。

【００３１】また、ステージ速度設定部２９は、所謂ジ
ョイスティック、及びキーボードであり、オペレータが
ステージ速度設定部２９としてのジョイスティックを操
作することより、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動方向、
及び移動速度を示す信号がステージ制御手段１９に供給
される。ステージ制御手段１９は、移動制御装置２０
Ｘ、及び２０Ｙを介してステージ１２Ｘ，１２Ｙを指定
された速度で駆動する。このようなステージの定速移動
は、例えばＣＲＴディスプレイ２５上で試料の拡大像を
観察している際に、オペレータが望む方向に観察視野を
移動させたい場合等に行われる。更に、オペレータはス
テージ速度設定部２９としてのキーボードを介して、ス
テージの移動方向、及び移動速度を直接入力できるよう
にもなっている。なお、そのジョイスティックの代わり
に、例えば所謂トラックボールのような入力装置を使用
してもよい。

【００３２】一方、ステージ位置設定部３０は、マウス
及びキーボードよりなり、例えばオペレータがマウス操
作によりＣＲＴディスプレイ２５上で現在表示されてい
る拡大像から離れた位置の点（移動点）を指定する。そ
の移動点の情報、及び倍率設定記憶手段２７からの現在
の観察倍率と観察視野の位置情報とがステージ制御手段
１９に供給され、ステージ制御手段１９では現在の観察
視野の中心からその移動点までの方向、及び距離を算出
する。そして、ステージ制御手段１９は、移動制御装置
２０Ｘ、及び２０Ｙを介してステージ１２Ｘ，１２Ｙを
その算出された方向に算出された距離だけ駆動する。こ
れにより、観察視野の中心がオペレータに指定された位
置に移動する。

【００３３】更に、本例ではオペレータがステージ位置
設定部３０としてのキーボードから、例えばＸ方向に１
０ｍｍだけステージを移動するようにコマンドを入力す
ると、それに応じてステージ制御手段１９は、移動制御
装置２０Ｘを介してパルスモータ１４Ｘを、その１０ｍ
ｍ分の回転角だけ回転させるようになっている。

【００３４】次に、データ入力部３１は、キーボードよ
りなり、オペレータは後述のようにステージ１２Ｘ，１
３Ｘのバックラッシュ量、及び送りねじ１３Ｘ，１３Ｙ
のピッチ誤差の計測後に、計測されたバックラッシュ量
及びピッチ誤差を、データ入力部３１を介して中央制御
系１８内のパラメータ設定手段３２に入力する。これに
応じて、パラメータ設定手段３２はバックラッシュ量及
びピッチ誤差をそれぞれメモリ３３内のバックラッシュ
量記憶部３３ａ及びピッチ誤差記憶部３３ｄに記憶させ
る。その後、ステージ１２Ｘ，１２Ｙを駆動する際に、
ステージ制御手段１９はメモリ３３からバックラッシュ
量及びピッチ誤差を読み出して補正を行う。その他に、
ステージ制御手段１９は、それまでのステージ１２Ｘ，
１２Ｙの進行方向、観察倍率、及び観察視野の回転角等
をパラメータ設定手段３２を介してメモリ３３に書き込
む。

【００３５】なお、本例における中央制御系１８内の倍
率設定記憶手段２７、ステージ制御手段１９、及びパラ
メータ設定手段３２は、コンピュータのソフトウェア上
で実行される機能である。ここで、本実施例におけるパ
ルスモータ１４Ｘ，１４Ｙのマイクロステップ駆動制御
について詳細に説明する。

【００３６】一般に、パルスモータ（ステッピングモー
タ）はロータとステータとの突極構造で決まるステップ
角毎に回転、停止するため、ＤＣモータ、又はＡＣモー
タに比べて位置決め制御が高精度に、且つ容易にできる
という特徴を持っている。しかしながら、その反面でパ
ルスモータは、ステップ角毎に回転するためにロータに
速度変化が生じ、ある回転数で共振したり、振動が大き
くなるという特性も併せ持っている。

【００３７】これに対して、マイクロステップ駆動と
は、パルスモータの基本ステップ角をモータコイルに流
す電流を制御することで細分化し、超低速駆動、低振動
駆動、及び低騒音運転を実現すると共に、位置決め分解
能を高めて位置決め精度を更に高精度化できる技術であ
る。具体的に、図２（ａ）は２相で基本ステップ角が９
０°のパルスモータを示し、この図２（ａ）において、
４個の凸部が９０°間隔で形成された磁性体よりなるス
テータ５１中に、回転自在に対向するように反対の磁極
が形成されたマグネットよりなるロータ５３が配置され
ている。そして、ステータ５１の１つの凸部５１ａにコ
イル５２Ａが巻回され、それに隣接する凸部５１ｂにも
コイル５２Ｂが巻回されている。

【００３８】そして、図２（ａ）のパルスモータを例え
ばフルステップ駆動する際には、先ず一方のコイル５２
Ａの電流ＩＡを正の最大値Ｉ₀に設定し、他方のコイル
５２Ｂの電流ＩＢを０にする。これにより、実線で示す
ようにロータ５３は凸部５１ａに対向する位置に静止す
る。次に、電流ＩＡを０にして、他方の電流ＩＢを正の
最大値Ｉ₀に設定すると、点線で示すようにロータ５３
は９０°回転して凸部５１ｂに対向する位置で静止す
る。このように電流ＩＡとＩＢとを交互に励起すること
により、ロータ５３は９０°の基本ステップ角で回転す
る。

【００３９】次に、図２（ａ）のパルスモータをマイク
ロステップ駆動する際には、電流ＩＡと電流ＩＢとの比
を次第に変えて行く。例えば、図２（ｂ）に示すよう
に、電流ＩＡが（１／４）Ｉ₀、電流ＩＢが（３／４）
Ｉ₀になると、ロータ５３は凸部５１ａから凸部５１ｂ
側にほぼ（３／４）×９０°回転した位置で静止する。
従って、原理的には電流ＩＡと電流ＩＢとの比を細かに
設定することにより、基本ステップ角に対して最小ステ
ップ角をいくらでも小さくできる。これがマイクロステ
ップ駆動である。

【００４０】また、本実施例では、パルスモータ１４
Ｘ，１４Ｙとして、一例として５相で基本ステップ角φ
が０．７２°のパルスモータを使用する。そして、マイ
クロステップ駆動により、その基本ステップ角を更に１
００分割程度に分割する。この際に使用されるマイクロ
ステップ駆動用の移動制御装置２０Ｘ，２０Ｙの構成例
につき説明する。

【００４１】図３は、Ｘ軸用のパルスモータ１４Ｘの５
相のコイル５２Ａ〜５２Ｅ、及びこれらのコイルに流す
電流を制御するための移動制御装置２０Ｘを示し、この
図３において、コイル５２Ａ〜５２Ｅに対してそれぞれ
独立に電流を供給するための同一構成の電流制御回路５
４Ａ〜５４Ｅが接続されている。例えばＡ相用の電流制
御回路５４Ａにおいて、直流電圧Ｖ_CCが印加される電源
端子にｐｎｐ形のトランジスタ５６Ａ及び５８Ａのエミ
ッタが接続され、トランジスタ５６Ａ及び５８Ａのコレ
クタの間にコイル５２Ａが接続されると共に、それらコ
レクタにそれぞれｎｐｎ形のトランジスタ５７Ａ及び５
９Ａのコレクタが接続されている。また、トランジスタ
５７Ａ及び５９Ａのエミッタが共通に抵抗器６０Ａの一
端に接続され、抵抗器６０Ａの他端が接地されている。
そして、トランジスト５６Ａ，５７Ａ，５８Ａ，５９Ａ
のベース、及び抵抗器６０Ａの一端がＡ相制御スイッチ
ング回路５５Ａに接続され、Ａ相制御スイッチング回路
５５Ａはそれらトランジスト５６Ａ，５７Ａ，５８Ａ，
５９Ａのそれぞれに流れる電流を調整する。

【００４２】不図示であるが、他のコイル５２Ｂ〜５２
Ｅ用の電流制御回路５４Ｂ〜５４Ｅ内にもそれぞれＡ相
制御スイッチング回路５５Ａと同じ制御スイッチング回
路が含まれている。また、図１のステージ制御手段１９
からの制御信号ＳＸが図３の相別スイッチング回路６１
に供給され、送別スイッチング回路６１では、制御信号
ＳＸで指示される距離に対応する回転角だけパルスモー
タ１４Ｘが回転するように、電流制御回路５４Ａ〜５４
Ｅ内の各制御スイッチング回路（５５Ａ等）のスイッチ
ング、及び電流制御動作を制御する。これにより、パル
スモータ１４Ｘは、最小ステップ角が０．７２°／１０
０で指示された回転角だけ指示された方向に回転する。
また、Ｙ軸用のパルスモータ１４Ｙ用の移動制御装置２
０Ｙも、Ｘ軸用の移動制御装置２０Ｘと同一構成であ
る。

【００４３】なお、パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙ用の移
動制御装置としては、図３の構成例の他に図４のような
構成例もある。図４は、そのパルスモータ１４Ｘの５相
のコイル５２Ａ〜５２Ｅ、及びこれらのコイルに流す電
流を制御するための移動制御装置２０Ｘの他の構成例を
示し、この図４において、コイル５２Ａ〜５２Ｅが閉ル
ープを形成するようにシリアルに接続されている。ま
た、直流電圧Ｖ_CCが印加される電源端子にｐｎｐ形のト
ランジスタ５６Ａ〜５６Ｅのエミッタが共通に接続さ
れ、トランジスタ５６Ａ〜５６Ｅのコレクタにそれぞれ
コイル５２Ａ〜５２Ｅの一端が接続されると共に、それ
らコレクタにそれぞれｎｐｎ形のトランジスタ５７Ａ〜
５７Ｅのコレクタが接続されている。また、トランジス
タ５７Ａ〜５７Ｅのエミッタが共通に抵抗器６２の一端
に接続され、抵抗器６２の他端が接地されている。そし
て、トランジスト５６Ａ〜５６Ｅ、及び５７Ａ〜５７Ｅ
のベース、及び抵抗器６２の一端が制御スイッチング回
路６３に接続され、制御スイッチング回路６３はそれら
トランジスタ５６Ａ〜５６Ｅ，５７Ａ〜５７Ｅのそれぞ
れに流れる電流を調整する。

【００４４】この場合、図１のステージ制御手段１９か
らの制御信号ＳＸが図４の制御スイッチング回路６３に
供給され、制御スイッチング回路６３では、制御信号Ｓ
Ｘで指示される距離に対応する回転角だけパルスモータ
１４Ｘが回転するように、コイル５２Ａ〜５２Ｅのそれ
ぞれに流れる電流を制御する。これにより、パルスモー
タ１４Ｘは、最小ステップ角が０．７２°／１００で指
示された回転角だけ指示された方向に回転する。

【００４５】次に、図１に戻り、本例では、送りねじ１
３Ｘ，１３Ｙを５ｍｍリード（５ｍｍピッチ）のボール
ねじであるとする。また、上述のようにパルスモータ１
４Ｘ，１４Ｙとしてはそれぞれ５相で基本ステップ角φ
が０．７２°のパルスモータが使用され、マイクロステ
ップ駆動によりその基本ステップ角φが１００分割に分
割して駆動される。従って、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの
送りの分解能ｐは、次のように０．１μｍとなる。

【００４６】ｐ＝５／（１００・３６０／０．７２）＝１×１０^-4［ｍｍ］（１）また、試料９の観察倍率を例えば１０万倍とすると、電
子ビームの走査領域とその観察倍率との関係でその試料
９上での観察視野の幅は例えば１．８μｍとなる。これ
に対して、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの送りの分解能ｐは
０．１μｍであるため、その観察視野の移動を円滑に行
うことができる。

【００４７】これに対して、従来のようにパルスモータ
１４Ｘ，１４Ｙを４−５相励磁でハーフステップ駆動す
ると、最小ステップ角は０．３６°となるため、ステー
ジ１２Ｘ，１２Ｙの送りの分解能は、５μｍとなる。従
って、この従来方式では幅が１．８μｍの観察視野を円
滑に移動することはできないことになる。次に、本実施
例でステージ１２Ｘ，１２Ｙのバックラッシュ量の補正
を行う場合の動作につき図５のフローチャートを参照し
て説明する。先ず、図５のステップ１０１において、図
１の試料台１１上に基準ウエハを載置する。この基準ウ
エハは、ステージの移動量を確認するために用意された
もので、予めＸ方向及びＹ方向の位置の基準となるスケ
ール（又はマーク）が所定間隔で入っている。

【００４８】例えば、Ｘ方向のバックラッシュ量を測定
するには、ステップ１０２において、オペレータはステ
ージ位置設定部３０からステージ制御手段１９に対し
て、Ｘステージ１２Ｘを現在の位置から１０ｍｍ（正確
には１０．００００ｍｍ、以下同様）だけ＋Ｘ方向に動
かすように指令を出す。これに応じて、パルスモータ１
４Ｘがその１０ｍｍ分だけマイクロステップ駆動方式で
回転する。その後ステップ１０３において、オペレータ
はＣＲＴディスプレイ２５に映し出されている基準ウエ
ハ上の適当なスケールの像位置を記憶しておく。この場
合、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面には所定の指標
マークが表示され、例えばその指標マークからその選択
されたスケールの像までの間隔が記録される。

【００４９】次に、ステップ１０４において、オペレー
タはステージ位置設定部３０を介してＸステージ１２Ｘ
を＋Ｘ方向に開ループ方式で再度１０ｍｍ動かした後、
ステップ１０５において、ステージ位置設定部３０を介
してＸステージ１２Ｘを開ループ方式で−Ｘ方向に１０
ｍｍ動かす。それに続くステップ１０６において、オペ
レータはＣＲＴディスプレイ２５の表示画面上で、先程
記憶した基準ウエハのスケールの像位置と現在のスケー
ルの像位置とがどれだけずれているかを測定する。この
とき、現在のスケールの像位置の指標マークからの＋Ｘ
方向へのずれ量から、ステップ１０３で求めた指標マー
クからの＋Ｘ方向へのずれ量を差し引いて得られる長さ
（表示画面上での実際の長さ）を、観察倍率で除算して
得られる値が、−Ｘ方向へのバックラッシュ量ＢＸ
（−）となる。

【００５０】観察倍率は例えば１０万倍であるため、バ
ックラッシュ量ＢＸ（−）は例えば０．１μｍのオーダ
で正確に求められる。オペレータは、データ入力部３
１、及びパラメータ設定手段３２を介してそのバックラ
ッシュ量ＢＸ（−）をメモリ３３内のバックラッシュ量
記憶部３３ａに格納する。同様にして、Ｘステージ１２
Ｘを、−Ｘ方向に移動してから＋Ｘ方向に移動する際の
バックラッシュ量ＢＸ（＋）も計測されて、バックラッ
シュ量記憶部３３ａに格納される。更に、Ｙステージ１
２Ｙを−Ｙ方向に反転させる際のバックラッシュ量ＢＹ
（−）、＋Ｙ方向に反転させる際のバックラッシュ量Ｂ
Ｙ（＋）もバックラッシュ量記憶部３３ａに格納され
る。

【００５１】次に、求めたバックラッシュ量を用いて、
以下のようにステージを制御する。先ず、図５のステッ
プ１０７において、オペレータがステージ位置設定部３
０からステージ制御手段１９に対して、例えばＸステー
ジ１２Ｘの移動方向（±Ｘ方向）、及び移動距離ΔＸを
設定する。この際に、ステージ制御手段１９は予めその
直前のＸステージ１２Ｘの移動方向を示す情報をバック
ラッシュ量記憶部３３ａに記憶させてある。その後、ス
テップ１０８においてステージ制御手段１９は、指示さ
れたＸステージ１２Ｘの移動方向が＋Ｘ方向から−Ｘ方
向に変わったかどうかを調べ、そのように移動方向が変
わった場合には、ステップ１０９において、供給された
移動距離ΔＸに記憶してあるバックラッシュ量ＢＸ
（−）を加算して得られた移動距離（ΔＸ＋ＢＸ
（−））分だけ、開ループ方式でパルスモータ１４Ｘを
回転させる。これにより、Ｘステージ１２Ｘは、バック
ラッシュ量が補正されて正確に−Ｘ方向にΔＸだけ移動
する。

【００５２】また、ステップ１０８において、移動方向
が−Ｘ方向から＋Ｘ方向に変化するときには、動作はス
テップ１１０に移行して、バックラッシュ量ＢＸ（＋）
に基づいて移動距離ΔＸが補正される。一方、移動方向
が変化しないときには、その移動距離ΔＸがそのまま使
用される。例えばバックラッシュ量が１μｍであるとし
て、本例のパルスモータ１４Ｘをマイクロステップ駆動
方式で駆動することにより、Ｘステージ１２Ｘの位置決
め分解能は０．１μｍ程度であるため、そのバックラッ
シュ量は正確に補正される。

【００５３】これに対して、従来のステージでは、仮に
バックラッシュ量を測定したとしてもこのバックラッシ
ュ量を補正することは困難であった。例えば、ステージ
に５ｍｍリードのボールねじがついていて、そのボール
ねじを５相のパルスモータを４−５相励磁でハーフステ
ップ駆動したとしても、位置決め分解能は１ステップ当
たり５μｍとなる。従って、仮にバックラッシュ量が１
μｍ程度であると、ハーフステップ駆動方式で補正する
のは不可能と言える。

【００５４】次に、本実施例で試料９上の観察視野を回
転させる場合の動作の一例につき図６〜図９を参照して
説明する。先ず、図１において、試料９を試料台１１上
に載置して、その観察画像をＣＲＴディスプレイ２５に
映し出す。図６（ａ）はその際の試料９上の観察視野４
２を示し、図６（ａ）において試料９上のパターン４１
上に矩形の観察視野４２が設定されている。また、図６
（ｂ）は図１のＣＲＴディスプレイ２５の表示画面２５
ａを示し、この表示画面２５ａにその観察視野４２内の
パターンの拡大像が表示されている。従って、拡大倍率
をβとすると、図６（ａ）の観察視野４２は実際には図
６（ｂ）の表示画面２５ａの１／βの大きさである。

【００５５】次に、オペレータは図１の画像倍率回転視
野設定部２６を介して、試料上の観察視野４２を、Ｘ方
向より反時計方向に角度θ（ここでは、θ＝４５°とす
る）だけ回転させる。この結果、倍率設定記憶手段２７
の作用により試料９上での電子ビームの走査方向が４５
°回転し、図７（ａ）に示すように、試料９のパターン
４１上でＸ方向に対して反時計方向に４５°傾いた方向
に平行に矩形の観察視野４３が設定される。また、その
角度θが、ステージ制御手段１９を介してメモリ３３内
の回転角記憶部３３ｂに記憶される。そして、観察視野
４３内のパターンの拡大像が、図７（ｂ）に示すように
表示画面２５ａ内に表示される。その拡大像は、矩形の
辺が表示画面２５ａの辺に平行又は垂直になるように表
示されている。

【００５６】次に、図７（ｂ）において、表示画面２５
ａの拡大像の右辺方向の領域を観察したい場合には、オ
ペレータは、例えばステージ速度設定部２９を介して試
料９が載置されたステージ１２Ｘ，１２Ｙを−Ｘ方向に
所定速度で移動するように指令を発する。これに応じ
て、ステージ制御手段１９は、メモリ３３の回転角記憶
部３３ｂの角度θを読み出して、ステージ１２Ｘ，１２
Ｙを＋Ｘ方向に対して時計方向に角度（１８０°−θ）
だけ回転した方向に所定速度で移動させる。これには、
例えばＸステージ１２Ｘが−Ｘ方向にΔＸだけ移動する
際に、Ｙステージ１２Ｙを−Ｙ方向にΔＸ・tan θだけ
移動させればよい。

【００５７】この結果、図８（ａ）に示すように、試料
９のパターン４１上で観察視野は、＋Ｘ方向に対して反
時計方向に角度θだけ傾斜した方向４４に沿って領域４
３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，…と移動する。観察視野がそれ
らの領域４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃに移動すると、ＣＲＴ
ディスプレイ２５の表示画面２５ａにはそれぞれ図８
（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような拡大像が表示され
る。従って、本例によれば、観察視野を電気的に回転さ
せた場合でも、その回転量に依存することなく機械駆動
方式で、観察視野を表示画面２５ａ上の拡大像に基づい
て設定する方向に移動することができる。

【００５８】この際に、パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙが
マイクロステップ駆動方式で駆動されて、ステージ１２
Ｘ，１２Ｙの送りの分解能は例えば０．１μｍ程度であ
るため、その観察視野の幅が例えば１．８μｍであって
も観察視野の移動を滑らかに行うことができる。ここ
で、従来技術と本実施例とを比較してみる。従来技術で
は、例えば図７（ｂ）の拡大像を観察して観察視野を＋
Ｘ方向に移動させようとすると、観察視野の回転角に拘
らずＸステージ１２Ｘが−Ｘ方向に移動していた。その
ため、観察視野は対角線方向に移動していた。

【００５９】図９（ａ）は、回転された観察視野を従来
技術を用いて移動する状態を示し、この図９（ａ）にお
いて、試料９のパターン４１上で観察視野は、＋Ｘ方向
に沿って領域４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，…と移動する。
観察視野がそれらの領域４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃに移動
すると、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面２５ａには
それぞれ図９（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような拡大
像が表示される。即ち、オペレータにとって意図しない
方向に観察視野が移動してしまう。これは、試料上の観
察視野を電気的に回転させたときの回転情報に対してス
テージ１２Ｘ，１２Ｙの動作が追従していないためであ
る。

【００６０】また、従来のステージでは、視野回転量に
依存することなく試料観察画像を移動するために、観察
視野の回転角分だけ角度を補正してステージを移動した
としても、観察倍率が高倍率のときは画像を円滑に移動
するのが困難であった。例えば、送りねじ１３Ｘ，１３
Ｙを５ｍｍリードのボールねじとして、パルスモータ１
４Ｘ，１４Ｙを４−５相励磁でハーフステップ駆動して
も、位置決め分解能は１ステップ当たり５μｍとなる。
これに対して、観察視野の幅は例えば１．８μｍである
ため、その観察視野を円滑に移動させることができな
い。

【００６１】次に、本例において、観察倍率を切り換え
てから、観察視野を移動させる場合の動作の一例につき
説明する。先ず、オペレータはステージ速度設定部２９
を介して、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面中の有効
視野範囲内を移動する試料観察画像の速度を決定する。
例えば、有効視野範囲内を時間Ｔ（ここでは、Ｔは例え
ば３秒である）で試料観察画像が移動するように速度を
設定する。試料９上の観察視野が図１０に示すＸ方向の
幅ＤＸの観察視野４２であるとして、この観察視野４２
を時間Ｔで＋Ｘ方向に隣接する領域４７の方向に移動さ
せるものとすると、Ｘステージ１２Ｘの移動速度は−Ｘ
方向に速度ＤＸ／Ｔに設定される。このときの観察倍率
をβ₀（β₀は例えば１万倍）とする。この観察倍率β
₀はメモリ３３内の倍率記憶部３３ｃに記憶されてい
る。

【００６２】次に、オペレータが画像倍率回転視野設定
部２６を介して観察倍率をβ（βは例えば２万倍）に変
更すると、変更後の観察倍率βがメモリ３３内の倍率記
憶部３３ｃに記憶される。倍率記憶部３３ｃには、それ
までの観察倍率β₀も記憶されている。その後、オペレ
ータがステージ速度設定部２９としてのキーボードから
観察視野の移動方向のみを示すと、ステージ制御手段１
９は、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面での画像の移
動速度がそれまでの観察倍率での移動速度となるよう
に、マイクロステップ駆動方式でステージ１２Ｘ，１２
Ｙを移動させる。

【００６３】具体的に、図１０において、観察視野４２
を＋Ｘ方向に移動させるものとすると、ステージ制御手
段１９は、Ｘステージ１２Ｘを−Ｘ方向に次式で定まる
速度Ｖ（β）で駆動する。Ｖ（β）＝（ＤＸ／Ｔ）β₀／β （２）これによって、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面上の
有効視野範囲内を試料観察画像が時間Ｔで移動するよう
になる。従って、本例では観察倍率に依存することな
く、表示画面上での試料の拡大像の移動速度が一定とな
り、操作性が向上する。

【００６４】これに対して、従来技術では、最初にステ
ージの移動速度を設定すると、以後の移動速度は最初の
設定値に維持されてしまう。そのため、例えば最初に表
示画面上で１万倍の有効視野範囲内を３秒で試料観察画
像が移動するように設定すると、２万倍の観察倍率では
その有効視野範囲を移動するのに要する時間が１．５秒
となり、１０万倍の観察倍率ではその時間が０．３秒と
なってしまう。これでは、試料観察画像を移動させるた
めの使い勝手が良くない。

【００６５】更に、従来技術では試料観察画像を一定の
速度で移動すること自体が困難であった。例えば、ＣＲ
Ｔディスプレイ２５の有効視野範囲内を３秒で移動し、
このときの観察倍率を１万倍とする。このとき、送りね
じ１３Ｘ，１３Ｙの５ｍｍリードのボールねじとして、
パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙを４−５相励磁でハーフス
テップ駆動したならば、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの位置
決め分解能は１ステップ当たり５μｍとなる。また、１
万倍での試料９上の観察視野の幅ＤＸを、電子ビームを
走査する幅と観察倍率との関係で１８μｍとすると、有
効視野範囲内を移動可能なステップ数は３となるため、
３秒で３ステップ動くようにステージの速度が設定され
る。次に、観察倍率を１０万倍とすると、観察視野の幅
は１．８μｍとなる。この場合、位置決め分解能は１ス
テップ当たり５μｍなので、ステージを１ステップ送る
と、ＣＲＴディスプレイ２５には全く別の観察画像が映
し出されてしまう。よって、観察倍率が１０万倍のとき
に有効視野範囲内を３秒で移動することは難しいことが
分かる。

【００６６】これに対して本実施例のようにマイクロス
テップ駆動を使用すると、ステージ１２Ｘ，１２Ｙの位
置決め分解能は０．１μｍとなるので、観察倍率が１０
万倍であっても問題なく一定速度で観察視野を移動させ
ることができる。次に、本実施例において送りねじ１３
Ｘ，１３Ｙのピッチ誤差を補正する際の動作の一例につ
き説明する。先ず、図１の試料台１１上に基準ウエハを
載置する。この基準ウエハにはステージの移動量を確認
するために、予め移動距離の基準となるスケールが形成
されている。そのスケールは、例えば予め高精度なレー
ザ干渉計等によって校正されている。この基準ウエハと
パルスモータ１４Ｘ，１４Ｙを介したステージ１２Ｘ，
１２Ｙの移動量とを比較することにより、送りねじ１３
Ｘ，１３Ｙのピッチ誤差量を測定することができる。

【００６７】例えば、Ｘステージ１２ＸをＸ座標が０．
０ｍｍの位置から開ループ制御により５．０ｍｍだけ＋
Ｘ方向に移動するとする。このとき、Ｘ座標が０．０ｍ
ｍでＣＲＴディスプレイ２５の表示画面の中央の指標マ
ークの近傍に０．０ｍｍの基準スケールが来るように設
定され、その指標マークとその基準スケールとの位置ず
れ量が読み取られる。次に、マイクロステップ駆動方式
でパルスモータ１４Ｘを駆動して、Ｘステージ１２Ｘを
＋Ｘ方向に５．０ｍｍ移動した後のＣＲＴディスプレイ
２５には、基準ウエハの５．０ｍｍの基準スケールが映
し出される。そこで、画面中央の指標マークからの基準
マークのずれ量から、先に読み取った０．０ｍｍの基準
スケールのずれ量との差分を観察倍率で除算することに
より、Ｘ座標の０．０ｍｍから５．０ｍｍまでの送りね
じ１３Ｘのピッチ誤差ΔＰ（Ｘ）を求めることができ
る。この動作をＸ方向に対して５．０ｍｍ毎に行うこと
で、Ｘ方向の送りねじ１３Ｘのピッチ誤差ΔＰ（Ｘ）を
測定することができる。

【００６８】図１１は、そのようにして計測されたピッ
チ誤差ΔＰ（Ｘ）の一例を示し、この図１１において、
ピッチ誤差ΔＰ（Ｘ）は座標Ｘに沿って折れ線４８状に
変化する。同様にして、Ｙ方向の送りねじ１３Ｙのピッ
チ誤差ΔＰ（Ｙ）を測定することもできる。これらのピ
ッチ誤差ΔＰ（Ｘ）、ΔＰ（Ｙ）は図１のメモリ３３内
のピッチ誤差量記憶部３３ｄに格納される。

【００６９】求めたピッチ誤差量を用いて、以下のよう
にしてステージを制御する。先ず、オペレータはステー
ジ位置設定部３０を介して、ステージ制御手段１９に対
してステージ１２Ｘ，１２Ｙの移動方向と移動距離とを
設定する。ステージ制御手段１９はその移動方向、及び
移動距離から、Ｘステージ１２Ｘ及びＹステージ１２Ｙ
の移動量を算出した後、それら移動量をピッチ誤差記憶
部３３ｄ内のピッチ誤差ΔＰ（Ｘ）及びΔＰ（Ｙ）を用
いて補正する。

【００７０】例えば、図１１において、Ｘステージ１２
Ｘが位置Ｘ₁から位置Ｘ₂に移動する際には、ステージ
制御手段１９はその計算上での移動量（Ｘ₂−Ｘ₁)にピ
ッチ誤差の差分（ΔＰ（Ｘ₂)−ΔＰ（Ｘ₁)）を加算す
る。そして、ステージ制御手段１９はこの補正後の移動
量だけマイクロステップ駆動方式で、且つ開ループ方式
でパルスモータ１４Ｘを駆動する。これにより、Ｘステ
ージ１２Ｘは正確に距離（Ｘ₂−Ｘ₁)だけ移動するた
め、送りねじ１３Ｘのピッチ誤差の悪影響を受けずに、
観察視野を試料上の目的値に移動することができるこれ
に対して、従来のステージでは、仮に送りねじのピッチ
誤差量を測定したとしても、このピッチ誤差量を補正す
ることは困難であった。これは、従来のステージの位置
決め分解能よりもそのピッチ誤差量の方が通常小さいた
めに、開ループ方式ではそのピッチ誤差を補正すること
ができないからである。

【００７１】ところが、本実施例のようにマイクロステ
ップ駆動方式を用いると、仮に送りねじ１３Ｘ，１３Ｙ
のピッチ誤差が１μｍ程度であっても、ステージの位置
決め分解能は０．１μｍ程度であるため、そのピッチ誤
差を正確に補正できる。なお、上述実施例ではレーザ干
渉計１７Ｘ，１７Ｙによる座標（Ｘ，Ｙ）の計測値はパ
ルスモータ１４Ｘ，１４Ｙの脱調の検出用に使用されて
いる。しかしながら、脱調検出用にはもっと簡単な検出
器（光学式リニアエンコーダ等）を使用するようにして
もよい。更に、パルスモータの動作が安定であれば、レ
ーザ干渉計等を設ける必要がなくなる。

【００７２】このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、試料はマイクロステッ
プ駆動方式で制御されるパルスモータにより送りねじ方
式で駆動されるステージで位置決めされるため、試料の
位置決め分解能は走査型電子顕微鏡の観察視野の通常の
幅より１桁程度以上小さくできるため、以下のような動
作が可能となった。

【００７４】即ち、第１の走査型電子顕微鏡によれば、
試料を位置決めするステージにバックラッシュが存在し
ても、機械的視野移動方式で試料上の観察視野を正確に
所望の位置に移動させることができる。また、第２の走
査型電子顕微鏡によれば、試料上の観察視野を電気的に
回転した状態で、画像表示装置を見ながら機械的視野移
動方式で観察視野を試料上の隣接する領域の方向に移動
する場合、観察視野の回転角に依存しないで観察視野を
移動でき、観察視野の位置決めが容易である。

【００７５】また、第３の走査型電子顕微鏡によれば、
画像表示装置の試料観察画像に基づいて、機械的視野移
動方式で観察視野を移動する場合、試料の観察倍率が何
倍であっても、その倍率に依存しないで画像表示装置上
で一定速度で試料観察画像を移動することができる。更
に、第４の走査型電子顕微鏡によれば、試料を位置決め
するためのステージの送りねじにピッチ誤差が存在する
場合でも、機械的視野移動方式で試料上の観察視野を正
確に所望の位置に移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型電子顕微鏡の一実施例を示
す一部斜視図を含む構成図である。

【図２】（ａ）はパルスモータをフルステップ駆動方式
で駆動する際の説明図、（ｂ）はパルスモータをマイク
ロステップ駆動方式で駆動する際の説明図である。

【図３】図１のパルスモータ１４Ｘのコイルの結線、及
びマイクロステップ駆動制御用の移動制御装置２０Ｘの
一例を示す構成図である。

【図４】図１のパルスモータ１４Ｘのコイルの結線、及
びマイクロステップ駆動用の移動制御装置２０Ｘの考え
られる別の例を示す構成図である。

【図５】実施例でのバックラッシュの補正方法の一例を
示すフローチャートである。

【図６】試料上の観察視野とその拡大像とを示す図であ
る。

【図７】実施例で観察視野を回転させた場合に観察され
る拡大像を示す図である。

【図８】実施例で回転された観察視野を横方向に移動さ
せる際の動作説明図である。

【図９】従来技術で回転された観察視野を横方向に移動
させる際の動作説明図である。

【図１０】観察視野を表示画面上で一定速度で移動させ
る際の説明図である。

【図１１】実施例の送りねじのピッチ誤差の一例を示す
図である。

【符号の説明】

２電子銃４アパーチャ５収束レンズ６Ｘ偏向コイル７Ｙ偏向コイル８対物レンズ９試料１１試料台１２ＸＸステージ１２ＹＹステージ１３Ｘ，１３Ｙ送りねじ１４Ｘ，１４Ｙパルスモータ１７Ｘ，１７Ｙレーザ干渉計１８中央制御系１９ステージ制御手段２０Ｘ，２０Ｙマイクロステップ駆動制御用の移動制
御装置２２２次電子検出器２４画像処理回路２５ＣＲＴディスプレイ２６画像倍率回転視野設定部２７倍率設定記憶手段２９ステージ速度設定部３０ステージ位置設定部３１データ入力部４２，４３，４３Ａ，４３Ｂ観察視野

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上で電子線を走査し、前記試料から
発生する２次電子を検出して得られる画像信号を用いて
画像表示手段上に前記試料上の所定の観察視野内の画像
を表示する走査型電子顕微鏡において、前記試料を前記電子線の走査面上で２次元的に移動させ
る送りねじ方式のステージと、該ステージの２つの送りねじをそれぞれ回動駆動する２
つのパルスモータと、該２つのパルスモータをマイクロステップ駆動するマイ
クロステップ駆動制御手段と、前記ステージの移動方向が反転する際のバックラッシュ
量を記憶するバックラッシュ量記憶手段と、前記試料上で前記観察視野を所定の移動量だけ移動させ
る際に、前記ステージの直前の移動、これからの移動方
向、及び前記バックラッシュ量記憶手段の記憶内容に基
づいて前記所定の移動量を補正し、該補正された移動量
に対応する角度だけ前記マイクロステップ駆動制御手段
を介して前記パルスモータを駆動する視野移動制御手段
と、を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項２】試料上で電子線を走査し、前記試料から
発生する２次電子を検出して得られる画像信号を用いて
画像表示手段上に前記試料上の所定の観察視野内の画像
を表示する走査型電子顕微鏡において、前記試料を前記電子線の走査面上で２次元的に移動させ
る送りねじ方式のステージと、該ステージの２つの送りねじをそれぞれ回動駆動する２
つのパルスモータと、該２つのパルスモータをマイクロステップ駆動するマイ
クロステップ駆動制御手段と、前記画像表示手段上に表示される画像を所定角度回転さ
せる画像回転手段と、前記試料上で前記観察視野を移動させる際に、前記画像
回転手段により回転された方向に前記ステージが進むよ
うに前記マイクロステップ駆動制御手段を介して前記パ
ルスモータを駆動する視野移動制御手段と、を有するこ
とを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項３】試料上で電子線を走査し、前記試料から
発生する２次電子を検出して得られる画像信号を用いて
画像表示手段上に前記試料上の所定の観察視野内の画像
を表示する走査型電子顕微鏡において、前記試料を前記電子線の走査面上で２次元的に移動させ
る送りねじ方式のステージと、該ステージの２つの送りねじをそれぞれ回動駆動する２
つのパルスモータと、該２つのパルスモータをマイクロステップ駆動するマイ
クロステップ駆動制御手段と、前記画像表示手段上に表示される画像の観察倍率を切り
換える倍率切換手段と、前記試料上で前記観察視野を移動させる際に、前記倍率
切換手段により切り換えられる前の移動速度に対して、
前記倍率切換手段により切り換えられる前の観察倍率と
これからの観察倍率との比を乗じて得られた速度で前記
ステージが進むように前記マイクロステップ駆動制御手
段を介して前記パルスモータを駆動する視野移動制御手
段と、を有することを特徴とする走査型電子顕微鏡。
【請求項４】試料上で電子線を走査し、前記試料から
発生する２次電子を検出して得られる画像信号を用いて
画像表示手段上に前記試料上の所定の観察視野内の画像
を表示する走査型電子顕微鏡において、前記試料を前記電子線の走査面上で２次元的に移動させ
る送りねじ方式のステージと、該ステージの２つの送りねじをそれぞれ回動駆動する２
つのパルスモータと、該２つのパルスモータをマイクロステップ駆動するマイ
クロステップ駆動制御手段と、前記ステージの２つの送りねじのピッチ誤差を記憶する
ピッチ誤差記憶手段と、前記試料上で前記観察視野を所定の移動量だけ移動させ
る際に、前記ピッチ誤差記憶手段で記憶されているピッ
チ誤差に基づいて前記所定の移動量を補正し、該補正さ
れた移動量に対応する角度だけ前記マイクロステップ駆
動制御手段を介して前記パルスモータを駆動する視野移
動制御手段と、を有することを特徴とする走査型電子顕
微鏡。