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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(54)【発明の名称】クランプ補償のシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/20 20060101AFI20241210BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20241210BHJP
H10N 30/857 20230101ALI20241210BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20241210BHJP
H10N 30/80 20230101ALI20241210BHJP
【ＦＩ】
H01J37/20
H10N30/20
H10N30/857
H10N30/853
H10N30/80
【請求項の数】
22
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020189254
(22)【出願日】2020-11-13
(65)【公開番号】P2021082587
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2023-08-02
(31)【優先権主張番号】16/685,897
(32)【優先日】2019-11-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501233536
【氏名又は名称】エフ イー アイ カンパニ
【氏名又は名称原語表記】ＦＥＩ ＣＯＭＰＡＮＹ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】エドウィン ロベルト マリア ヴェルシューレン
(72)【発明者】
【氏名】ポール タックス
【審査官】坂上 大貴
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－０２４９１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２２１７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１８５０９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許第０２９７３９８１（ＥＰ，Ｂ１）
【文献】Dongwoo Kang et al.，Development of compact high precision linear piezoelectric stepping positioner with nanometer accuracy and large travel range，Review of Scientific Instruments，2007年，Vol. 78，p.075112-1 - 075112-8
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
クランプ要素が移動体要素に向かって第１の方向に移動するように、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加することと、前記駆動ユニットクランプ要素と前記移動体要素との間の不整合を少なくとも部分的に補償するために剪断要素が第２の方向に移動するように、剪断要素駆動信号を駆動ユニット剪断要素に印加することであって、前記不整合は、前記駆動ユニットクランプ要素が前記移動体要素に対して傾いた状態で配置されている状態である、ことと、を含む、方法。
【請求項2】
前記剪断要素駆動信号は、前記駆動ユニットクランプ要素が前記移動体要素に接触する角度に起因する前記移動体要素の動きを少なくとも部分的に補償する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記剪断要素駆動信号は、前記駆動ユニットクランプ要素と前記移動体要素との接触によって引き起こされる前記移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記駆動ユニットクランプ要素および前記駆動ユニット剪断要素が、圧電要素である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記剪断要素駆動信号を印加することが、初期剪断要素駆動信号および補償信号を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
少なくとも部分的に、前記駆動ユニットクランプ要素との接触に応答した前記移動体要素の第１の変位を決定することと、
前記移動体要素の前記第１の変位と前記駆動ユニット剪断要素の逆剪断定数との積に少なくとも部分的に基づいて、第１の補償信号を決定すること、によって修正された剪断要素駆動信号を決定すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記修正された剪断要素駆動信号を決定することが、前記第１の補償信号の印加に応答して、前記移動体要素の第２の変位を決定することと、
前記移動体要素の前記第２の変位に少なくとも部分的に基づいて、第２の補償信号を決定することと、をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記第２の補償信号を初期剪断要素駆動信号と組み合わせて、前記修正された剪断要素駆動信号を取得することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記剪断要素駆動信号が、前記駆動ユニットクランプ要素との接触によって引き起こされる前記移動体要素の移動方向とは反対の方向に前記駆動ユニット剪断要素を移動させることによって、前記駆動ユニットクランプ要素の前記不整合を少なくとも部分的に補償する、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加して、移動体要素を係合することと、前記移動体要素の第１の変位を決定することと、
前記第１の変位に少なくとも部分的に基づいて、前記駆動ユニットクランプ要素と前記移動体要素との間の不整合を少なくとも部分的に補償するために、１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加される第１の補償信号を決定することと、
前記第１の補償信号を前記１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加し、前記クランプ要素駆動信号を前記駆動ユニットクランプ要素に印加することと、
前記第１の補償信号および前記クランプ要素駆動信号に応答して、前記移動体要素の第２の変位を決定することと、
前記第２の変位を事前選択された閾値と比較することと、
前記事前選択された閾値よりも小さい第２の変位について、前記第１の補償信号を初期剪断要素駆動信号と組み合わせて、修正された剪断要素駆動信号を生成することと、
前記事前選択された閾値より大きい第２の変位について、前記駆動ユニットクランプ要素と前記移動体要素との間の不整合を少なくとも部分的に補償するために、前記１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加される第２の補償信号を決定することと、を含み、
前記不整合は、前記駆動ユニットクランプ要素が前記移動体要素に対して傾いた状態で配置されている状態である、方法。
【請求項11】
前記修正された剪断要素駆動信号を前記１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加しながら、前記クランプ要素駆動信号を前記駆動ユニットクランプ要素に印加すること、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第１の補償信号を決定することおよび／または前記第２の補償信号を決定することが、前記移動体要素の前記変位に前記１つ以上の剪断要素の逆剪断定数を乗算すること、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の補償信号および前記第２の補償信号を前記１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加し、前記クランプ要素駆動信号を前記駆動ユニットクランプ要素に印加することと、前記移動体要素の第３の変位を決定することと、
前記第３の変位を前記事前選択された閾値と比較することと、
前記事前選択された閾値よりも小さい第３の変位について、前記第２の補償信号を初期剪断要素駆動信号と組み合わせて、修正された剪断要素駆動信号を生成することと、
前記事前選択された閾値よりも大きい第３の変位について、前記１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加される第３の補償信号を決定することと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記第２の補償信号を決定することが、前記移動体要素の前記第２の変位に前記１つ以上の剪断要素の逆剪断定数を乗算することと、前記第１の補償信号から結果を減算することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記移動体要素の前記変位を決定することが、位置エンコーダを用いて前記移動体要素の前記変位を測定すること、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項16】
前記移動体要素の前記変位が、少なくとも部分的に前記駆動ユニットクランプ要素と前記移動体要素との間の前記不整合によって引き起こされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項17】
位置決めシステムであって、修正された剪断要素駆動信号を生成するように構成された剪断信号発生器を含む制御ユニットであって、前記修正された剪断要素駆動信号が、初期剪断要素駆動信号および補償信号を含む、制御ユニットと、
クランプ要素および１つ以上の剪断要素を含む駆動ユニットと、
ワークピースを保持するためのキャリアに結合され、前記駆動ユニットと係合し、前記駆動ユニットに対して移動可能である、移動体要素と、を備え、
前記補償信号は、前記駆動ユニットと前記移動体要素との間の不整合を少なくとも部分的に補償するためのものであり、前記不整合は前記駆動ユニットが前記移動体要素に対して傾いた状態で配置されている状態である、位置決めシステム。
【請求項18】
前記制御ユニットが、クランプ要素駆動信号を生成するように構成されたクランプ信号発生器をさらに備える、請求項１７に記載の位置決めシステム。
【請求項19】
前記制御ユニットが、前記移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づいて前記補償信号を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項１７に記載の位置決めシステム。
【請求項20】
走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）と、前記ＳＴＥＭで画像化するためにワークピースを選択的に位置決めするように配置された、請求項１７に記載の位置決めシステムと、を備える、電子顕微鏡法のためのシステム。
【請求項21】
前記ＳＴＥＭが、前記ワークピースが前記位置決めシステムによって移動されている間に前記ワークピースを画像化するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項22】
前記制御ユニットが、複数の事前計算された前記補償信号を含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）をさらに備える、請求項１７に記載の位置決めシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧電要素などのクランプ要素を備える位置決めシステムを操作するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高解像度画像化および／またはデバイス処理は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、イオンカラム、レーザー、および／または他のビーム生成機器などの１つ以上の機器を使用して達成することができる。このような機器では、画像を撮像するか、または所望の領域を処理するために、ワークピースを正確に位置決めする必要があり得る。一般に、位置決めシステムは、ワークピース（または画像化される標本）を取り付けることができるキャリア要素、およびキャリア要素を移動させるように配設されたモータなどのアクチュエータのセットとを含む。
【0003】
いくつかの既存の位置決めシステムは、圧電モータまたはアクチュエータ、例えばウォーキングピエゾアクチュエータを使用して作動する。ただし、ピエゾアクチュエータのストロークは制限されている場合があり、途切れた動作をもたらす可能性がある。高品質の画像および正確な処理を実現するために、ワークピースの乱れを最小限に抑える必要がある。いかしながら、既存の位置決めシステムは、正確な位置決めを妨げる可能性のある位置および速度の重大な障害に悩まされている。したがって、ワークピースを位置決めするための改善されたシステムが必要である。
【発明の概要】
【0004】
本明細書に記載されているのは、位置決めシステム用の駆動ユニットの実施形態、およびそのようなデバイスの動きを改善するためのシステムおよび方法である。代表的な実施形態では、本方法は、クランプ要素が移動体要素に向かって第１の方向に移動するように、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加することと、剪断要素が第２の方向に移動して、駆動ユニットクランプ要素と移動体要素との間の不整合を少なくとも部分的に補償するように、剪断要素駆動信号を駆動ユニット剪断要素に印加することと、を含むことができる。
【0005】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、剪断要素駆動信号は、駆動ユニットクランプ要素が移動体要素に接触する角度に起因する移動体要素の動きを少なくとも部分的に補償することができる。
【0006】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、剪断要素駆動信号は、駆動ユニットクランプ要素と移動体要素との接触によって引き起こされる移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づくことができる。
【0007】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、駆動ユニットクランプ要素および駆動ユニット剪断要素は、圧電要素であり得る。
【0008】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、剪断要素駆動信号を印加することは、初期剪断要素駆動信号および補償信号を印加することを含むことができる。
【0009】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、本方法は、少なくとも部分的に、駆動ユニットクランプ要素との接触に応答した移動体要素の第１の変位を決定することと、移動体要素の第１の変位と駆動ユニット剪断要素の逆剪断定数との積に少なくとも部分的に基づいて、第１の補償信号を決定することと、によって修正された剪断要素駆動信号を決定すること、をさらに含むことができる。
【0010】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、修正された剪断要素駆動信号を決定することは、第１の補償信号の印加に応答して、移動体要素の第２の変位を決定することと、移動体要素の第２の変位に少なくとも部分的に基づいて、第２の補償信号を決定することと、をさらに含むことができる。
【0011】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、本方法は、第２の補償信号を初期剪断要素駆動信号と組み合わせて、修正された剪断要素駆動信号を取得すること、をさらに含むことができる。
【0012】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、剪断要素駆動信号は、移動体駆動ユニットクランプ要素との接触によって引き起こされる移動体要素の移動方向とは反対の方向に駆動ユニット剪断要素を移動させることによって、駆動ユニットクランプ要素の不整合を少なくとも部分的に補償することができる。
【0013】
別の代表的な実施形態では、本方法は、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加して、移動体要素を係合することと、移動体要素の第１の変位を決定することと、第１の変位に少なくとも部分的に基づいて、１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加される第１の補償信号を決定することと、を含むことができる。本方法は、第１の補償信号を１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加し、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加することと、第１の補償信号およびクランプ要素駆動信号に応答して、移動体要素の第２の変位を決定することと、第２の変位を事前選択された閾値と比較することと、をさらに含むことができる。事前選択された閾値よりも小さい第２の変位について、本方法は、第１の補償信号を初期の剪断要素駆動信号と組み合わせて修正された剪断要素駆動信号を生成することと、事前選択された閾値よりも大きい第２の変位について、１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加される第２の補償信号を決定することと、を含むことができる。
【0014】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、本方法は、修正された剪断要素駆動信号を１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加しながら、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加すること、をさらに含むことができる。
【0015】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、補償信号を決定することは、移動体要素の変位に１つ以上の剪断要素の逆剪断定数を乗算すること、を含むことができる。
【0016】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、本方法は、第１の補償信号および第２の補償信号を１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加し、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットクランプ要素に印加することと、移動体要素の第３の変位を決定することと、第３の変位を事前選択された閾値と比較することと、をさらに含むことができる。事前選択された閾値よりも小さい第３の変位について、本方法は、第２の補償信号を初期の剪断要素駆動信号と組み合わせて修正された剪断要素の駆動信号を生成することと、事前選択された閾値よりも大きい第３の変位について、１つ以上の駆動ユニット剪断要素に印加される第３の補償信号を決定することと、を含むことができる。
【0017】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、補償信号は第１の補償信号であり、第２の補償信号を決定することは、移動体要素の前記第２の変位に１つ以上の剪断要素の逆剪断定数を乗算することと、第１の補償信号から結果を減算することと、を含むことができる。
【0018】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、移動体要素の変位を決定することは、位置エンコーダを用いて移動体要素の変位を測定すること、を含む。
【0019】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、移動体要素の変位は、駆動ユニットクランプ要素と移動体要素との間の不整合によって少なくとも部分的に引き起こされる。
【0020】
代表的な実施形態では、位置決めシステムは、修正された剪断要素駆動信号を生成するように構成された剪断信号発生器を含む制御ユニットであって、修正された剪断要素駆動信号が、初期剪断要素駆動信号および補償信号を含む、制御ユニット、を備えることができる。
【0021】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、制御ユニットは、クランプ要素駆動信号を生成するように構成されたクランプ信号発生器をさらに備える。
【0022】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、位置決めユニットは、クランプ要素および１つ以上の剪断要素を含む駆動ユニットと、ワークピースを保持するためのキャリアに結合され、駆動ユニットと係合し、駆動ユニットに対して移動可能である、移動体要素と、をさらに備える。
【0023】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、制御ユニットは、移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づいて補償信号を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える。
【0024】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてに記載されている位置決めシステムは、電子顕微鏡法のためのシステムに含めることができる。このシステムは、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）と、ＳＴＥＭで画像化するためにワークピースを選択的に位置決めするように配置することができる位置決めシステムと、を備えることができる。
【0025】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、ＳＴＥＭは、ワークピースが位置決めシステムによって移動されている間にワークピースを画像化するように構成することができる。
【0026】
開示された実施形態のいずれかまたはすべてにおいて、制御ユニットは、複数の事前計算された補償信号を含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）をさらに備えることができる。
【0027】
本開示の前述および他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付図面を参照してより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】マルチビームシステムの代表的な実施形態を示す。
【図2A】電子顕微鏡システムの側面に取り付けられた位置決めシステムの代表的な実施形態の概略断面側面図を示す。
【図3】一実施形態による位置エンコーダの概略図を示す。
【図4A】一実施形態による、移動体要素と係合する駆動ユニットの正面図を示す概略図である。
【図5A】縦ピエゾ要素の代表的な実施形態の斜視図である。
【図5B】縦ピエゾ要素の代表的な実施形態の斜視図である。
【図6A】剪断ピエゾ要素の代表的な実施形態の斜視図である。
【図6B】剪断ピエゾ要素の代表的な実施形態の斜視図である。
【図7A】移動体要素と係合する駆動ユニットの一実施形態の例示的な駆動サイクルを示す。
【図7B】移動体要素と係合する駆動ユニットの一実施形態の例示的な駆動サイクルを示す。
【図7C】移動体要素と係合する駆動ユニットの一実施形態の例示的な駆動サイクルを示す。
【図7D】移動体要素と係合する駆動ユニットの一実施形態の例示的な駆動サイクルを示す。
【図9】クランプ要素のクランプ表面が移動体要素の表面と平行である、移動体要素と係合する駆動ユニットの代表的な実施形態の側立面図を示す。
【図10】クランプ要素の表面が移動体要素の表面に対して傾斜している、移動体要素と係合する駆動ユニットの実施形態の側面図である。
【図11】開ループ制御システムの代表的な実施形態の概略ブロック図である。
【図12A】１Ｈｚの駆動周波数でのクランプ要素の経時的な位置のグラフである。
【図12B】１Ｈｚの駆動周波数でのクランプ要素の経時的な速度のグラフである。
【図13A】駆動ユニットの１つ以上のクランプ要素の代表的な信号のグラフである。
【図13B】クランプ測定の時間の関数としての速度の代表的なグラフである。
【図13C】開ループ制御による時間の関数としての速度の代表的なグラフである。
【図14】クランプ速度信号で補正された１Ｈｚおよび－１Ｈｚの駆動信号の速度信号の代表的なグラフである。
【図15A】駆動ユニットの１つ以上のクランプ要素の代表的な駆動信号のグラフである。
【図15B】駆動ユニットの１つ以上の剪断要素の代表的な補償された駆動信号のグラフである。
【図16】クランプ要素の不整合を補償するために、反復学習制御スキームの連続実行によって駆動信号が修正されている、移動体要素の位置を転流角の関数として示すグラフである。
【図17A】駆動ユニットの１つ以上のクランプ要素の代表的な駆動信号のグラフである。
【図17B】駆動ユニットの１つ以上の剪断要素の代表的な補償された駆動信号のグラフである。
【図18A】補償された駆動信号および補償されていない駆動信号の転流角の関数としての移動体要素の位置を示すグラフである。
【図18B】補償された駆動信号および補償されていない駆動信号の転流角の関数としての移動体要素の速度を示すグラフである。
【図19】代表的な閉ループ反復学習ベースの制御システムの概略ブロック図である。
【図20】駆動ユニットを用いて移動体要素を位置決めする代表的な方法のプロセスフロー図である。
【図21】駆動ユニットの補償信号を決定する代表的な方法のプロセスフロー図である。
【図22】駆動ユニットの補償信号を決定する代表的な方法のプロセスフロー図である。
【図23】開示された方法および装置を実施する際に使用するための代表的なコンピュータ制御システムを示す。
【図24】開示された方法および装置を実施する際に使用するための代表的な制御システムを示す。
【図25】開示された方法および装置を実施する際に使用するための代表的な制御システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【0029】
序論
本開示は、例えば、線形および／または湾曲したガイドまたは軸に沿って、ウェーハステージアセンブリなどのキャリア要素を移動させるためのシステムおよび方法に関する。本明細書に記載のシステムは、半導体ウェーハなどのワークピースを、システムの必要性に従って、ツールおよび／またはワークピースが様々な角度で位置決めされ得るプロセスチャンバ（例えば、真空チャンバ）内で、１つ以上のツール（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、イオンカラム、レーザービームなど）に対して正確に位置決めすることを可能にし得る。以下のシステムおよび方法は、半導体処理アプリケーションを参照していくつかの例で説明されているが、本明細書で説明される位置システムおよび制御方法論は、生物学的サンプルの調整または分析などの正確な位置決めおよび／または画像化が使用される他の分野にも適用可能である。
本開示は、例えば、線形および／または湾曲したガイドまたは軸に沿って、ウェーハステージアセンブリなどのキャリア要素を移動させるためのシステムおよび方法に関する。本明細書に記載のシステムは、半導体ウェーハなどのワークピースを、システムの必要性に従って、ツールおよび／またはワークピースが様々な角度で位置決めされ得るプロセスチャンバ（例えば、真空チャンバ）内で、１つ以上のツール（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、イオンカラム、レーザービームなど）に対して正確に位置決めすることを可能にし得る。以下のシステムおよび方法は、半導体処理アプリケーションを参照していくつかの例で説明されているが、本明細書で説明される位置システムおよび制御方法論は、生物学的サンプルの調整または分析などの正確な位置決めおよび／または画像化が使用される他の分野にも適用可能である。
【0030】
実施例１
図１を参照すると、代表的な実施形態では、マルチビームシステムは、一般に１０２で示される走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および一般に１０４で示されるイオンビームカラムを含むデュアルビームシステム１００として構成することができる。ＳＥＭ１０２は、集光レンズ１１６および対物レンズ１０６などの１つ以上の荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）レンズを備え得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のＣＰＢレンズは、磁気レンズであり得、特に、対物レンズ１０６は、磁気対物レンズであり得る。イオンビームカラムは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）をワークピースＷに提供するように配設され、ＳＥＭ１０２は、ワークピースＷの画像を生成するために配置されている。
図１を参照すると、代表的な実施形態では、マルチビームシステムは、一般に１０２で示される走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および一般に１０４で示されるイオンビームカラムを含むデュアルビームシステム１００として構成することができる。ＳＥＭ１０２は、集光レンズ１１６および対物レンズ１０６などの１つ以上の荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）レンズを備え得る。いくつかの実施形態では、１つ以上のＣＰＢレンズは、磁気レンズであり得、特に、対物レンズ１０６は、磁気対物レンズであり得る。イオンビームカラムは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）をワークピースＷに提供するように配設され、ＳＥＭ１０２は、ワークピースＷの画像を生成するために配置されている。
【0031】
ＳＥＭ１０２およびイオンビームカラム１０４は、ワークピースＷを保持するための可動位置決めシステム１１０を収容する真空チャンバ１０８に取り付けることができる。真空チャンバ１０８は、真空ポンプ（図示せず）を使用して排気することができる。以下でさらに詳細に考察さるように、位置決めシステム１１０は、座標系１５０に関して示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸に沿って移動可能であり、Ｙ軸は、ページの平面に垂直である。
【0032】
いくつかの実施形態では、ＳＥＭ１０２は、ワークピースＷの上に垂直に配設することができ、ワークピースＷを画像化するために使用することができ、イオンビームカラム１０４は、角度を付けて配設することができ、ワークピースＷを機械加工し、かつ／または処理するために使用することができる。図１は、ＳＥＭ１０２およびイオンビームカラム１０４の例示的な配向を示している。
【0033】
ＳＥＭ１０２は、電子源１１２を備えることができ、電子源１１２からの「生の」放射ビームを操作し、それに基づいて、集束、収差軽減、トリミング（開口を使用）、フィルタリングなどの操作を実行するように構成することができる。ＳＥＭ１０２は、粒子光学軸１１５に沿って伝播する入力帯電粒子のビーム１１４（例えば、電子ビーム）を生成することができる。ＳＥＭ１０２は、一般に、ビーム１１５をワークピースＷに集束させるための集光レンズ１１６および対物レンズ１０６などの１つ以上のレンズ（例えば、ＣＰＢレンズ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＳＥＭ１０２は、ビーム１１５を操縦するように構成することができる偏向ユニット１１８を備え得る。例えば、ビーム１１４は、調査されているサンプルまたは処理されるべきワークピースを横切って走査運動（例えば、ラスターまたはベクトル走査）で操縦され得る。
【0034】
デュアルビームシステム１００は、とりわけ、偏向ユニット１１８、荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）レンズ１０６、１１６、および検出器（図示せず）を制御するための、また、検出器から収集した情報を表示ユニットに表示するための、コンピュータ処理装置ならびに／またはコントローラ１２８をさらに備えることができる。場合によっては、制御コンピュータ１３０が、様々な励起を確立し、画像データを記録し、そして一般に、ＳＥＭおよびＦＩＢの両方の動作を制御するために提供される。
【0035】
さらに図１を参照すると、イオンビームカラム１０４は、イオン源（例えば、プラズマ源１２０）およびイオンビーム光学系１２２を備えることができる。図示の実施形態では、イオンビームカラム１０４は、プラズマ集束イオンビーム（ＰＦＩＢ）であるが、他の実施形態では、イオンビームカラム１０４は、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）を有する標準的な集束イオンビーム（ＦＩＢ）るか、または集束イオンビームカラムと互換性のあるその他のイオン源であり得る。イオンビームカラム１０４は、イオン光軸１２５に沿ってイオンビーム１２４を生成し、かつ／または向けることができる。上記のように、イオンカラム１０４は、切り込み、フライス加工、エッチング、堆積などの、ワークピースの画像化、処理、および／または機械加工操作を実行するために使用することができる。
【0036】
イオンビームがＰＦＩＢである実施形態では、イオン源１２０は、それぞれの弁によってイオン源１２０に結合されたガス源を含むガスマニホルド１６５を介して複数のガスに流体結合することができる。イオン源１２０の動作中に、ガスを導入することができ、そこでガスは帯電またはイオン化され、それによってプラズマを形成する。次に、プラズマから抽出されたイオンは、イオンビームカラム１０４を通して加速され、イオンビームになることができる。他の実施形態では、システム１００は、１つ以上のレーザー、または他のタイプのフライス加工または診断ツールを備え得る。
【0037】
上記のように、そのようなマルチビームシステムは、ワークピースＷを保持し、かつ位置決めするように構成された位置決めシステム（例えば、ステージ）を備え得る。位置決めシステムは、線形運動（例えば、ワークピースの分析のために特定の領域を選択するため）および／または角度もしくは回転運動（例えば、器具に対してワークピースの選択された角度を達成するため）を含む多自由度でキャリア要素を位置決めし／移動させることができる。位置決めシステムは、開示されたクランプ補償システムおよび方法を使用することができる１つ以上のピエゾアクチュエータを含むことができる。
【0038】
本明細書に記載のピエゾモータ、ステージ、およびビームシステムの追加の詳細は、本明細書に提出され、また弁護士参照番号９７４８－１０２３３８－０１によって参照される「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」と題された出願に、また、本明細書に提出され、また、弁護士参照番号９７４８－１０２７１４－０１によって参照される「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ Ｓｔａｇｅ」と題された出願に見出すことができ、これらの各々は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
【0039】
実施例２
図２Ａおよび２Ｂは、一般に２０８で示される荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）として構成されたビームシステムに結合された例示的な位置決めシステム２００の断面図を示す。位置決めシステム２００は、１つ以上の駆動ユニットを備え得る。例えば、図示の実施形態では、システムは３つの駆動ユニットを備えることができ、そのうちの２つの駆動ユニット２０２および２０４を図２に見ることができる。図示の実施形態では、駆動ユニット２０２、２０４は、ハインメイドＢＶから入手可能なハインメイドピエゾステッパ（ＨＭＰＳ）アクチュエータなどのウォーキングまたはステッピングピエゾ駆動ユニットとして構成される。しかしながら、他の実施形態では、駆動ユニットは、他のタイプのピエゾアクチュエータ、ボイスコイルモータ、ラックアンドピニオンシステム、リニアモータなどの他のタイプのアクチュエータを備え得る。
図２Ａおよび２Ｂは、一般に２０８で示される荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）として構成されたビームシステムに結合された例示的な位置決めシステム２００の断面図を示す。位置決めシステム２００は、１つ以上の駆動ユニットを備え得る。例えば、図示の実施形態では、システムは３つの駆動ユニットを備えることができ、そのうちの２つの駆動ユニット２０２および２０４を図２に見ることができる。図示の実施形態では、駆動ユニット２０２、２０４は、ハインメイドＢＶから入手可能なハインメイドピエゾステッパ（ＨＭＰＳ）アクチュエータなどのウォーキングまたはステッピングピエゾ駆動ユニットとして構成される。しかしながら、他の実施形態では、駆動ユニットは、他のタイプのピエゾアクチュエータ、ボイスコイルモータ、ラックアンドピニオンシステム、リニアモータなどの他のタイプのアクチュエータを備え得る。
【0040】
第１および第２の駆動ユニット２０２、２０４は、ビームシステム２０８に関して定義された座標系２０６の少なくともＸ軸およびＺ軸に沿ってワークピースＷを位置決めするように構成することができる。上記のように、位置決めシステムは、３つ以上の駆動ユニットを備えることができ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿ったワークピースの動きを可能にする。いくつかの特定の実施形態では、位置決めシステムは、各駆動ユニットが他の駆動ユニットから１２０度オフセットされるように配向された３つの駆動ユニットを備え得る。
【0041】
上記のように、位置決めシステム２００は、ＣＰＭ２０８などのマルチビームシステムと共に使用することができる。ＣＰＭ２０８は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、または走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の組み合わせであり得る。ＣＰＭ２０８は、ビーム源２１０、上極対物レンズ２１２、下極対物レンズ２１４、検出器２１６（例えば、カメラ、光電子増倍管、フォトダイオード、ＣＭＯＳ検出器、ＣＣＤ検出器、光電池など）を備え得る。構成要素は、真空チャンバ２１８内に少なくとも部分的に位置決めされ得る。その上に位置決めされたワークピースＷを含むキャリア要素２２０が、位置決めシステム２００から真空チャンバ２１８内に延在するように示されている。
【0042】
位置決めシステム２００は、ＣＰＭ２０８の外面２２４（例えば、真空チャンバ２１８の外面）に取り付けられたフレームまたはハウジング２２２を備えることができる。ハウジング２２２は、１つ以上のベアリング２２６を使用して表面２２４に取り付けることができ、これにより、ハウジング２２２は、表面２２４に対して（例えば、ｘ軸の周りで）傾斜するか、または回転することができる。いくつかの実施形態では、図２に示されるように、ベアリング２２６は、ＣＰＭ２０８の表面２２４上に配置された取り付け要素２２８に結合することができる。
【0043】
ハウジング２２２は、ワークピースＷを保持するためのキャリア要素２２０を備えるハウジングの一部が、ＣＰＭ２０８の側面の開口部を通って、少なくとも部分的に真空チャンバ２１８内に延在することができるように配置することができる。位置決めシステム２００は、以下でより詳細に説明するように、駆動ユニット（例えば、第１および第２の駆動ユニット２０２、２０４）を使用してキャリア要素２２０の位置を調整することにより、ビーム２３０に対するワークピースＷの位置を調整するように構成することができる。
【0044】
キャリア要素２２０は、第１および第２のガイド２３２、２３４に結合することができる。各ガイド２３２、２３４は、それぞれのジョイント２３６（例えば、ヒンジ、ナックルジョイント、ボールジョイントなど）を介して、それぞれのストラット部材２３８、２４０にさらに結合することができる。ストラット２３８は、ピボットジョイント２３９で移動体要素または部材２４２に枢動可能に結合することができ、ストラット２４０は、ピボットジョイント２４１で移動体要素または部材２４４に枢動可能に結合することができる。第１および第２の駆動ユニット２０２、２０４は、それぞれ、移動体要素２４２および２４４と係合するように構成することができる。駆動ユニット２０２は、以下により詳細に説明するように、一連のステップ動作において、移動体要素２４２をその軸に沿って、ハウジング２２２の後壁２４３に向かって、かつ、それから離れるように移動させるように構成することができる。駆動ユニット２０４は、移動体要素２４２と同様に、移動体要素２４４をその軸に沿ってハウジング２２２の後壁２４５に向かって、かつ、それから離れるように移動させるように構成することができる。ストラット２３８、２４０（移動体要素および駆動ユニットと共に）は、移動体要素２４２の後壁２４３から離れる動きが、移動体要素２４４の後壁２４５に向かう動きと共に、図２Ｂに示されるように、キャリア要素２２０をＸＹ平面から傾斜させることができるように、互いに対してある角度で位置決めされることができる。移動体要素２４２および２４４を壁２４３および２４５から離れてＣＰＭ２０８に向かって同時に移動させることにより、キャリア要素２００をＸ軸に沿って移動させることができる。図示の実施形態では、移動体要素２４２および２４４は、互いに対して９０°の角度で位置決めされている。特定の実施形態では、３つの駆動ユニットおよび対応する移動体要素は、１２０°の角度間隔でキャリア要素２２０の軸の周りに配列することができる。
【0045】
各移動体要素２４２、２４４は、それぞれのエンコーダスケール２４６を備え得る。ハウジング２２２に取り付けられた第１および第２の位置エンコーダ２４８および２５０（例えば、光学エンコーダ）は、エンコーダスケール２４６に基づいて、それぞれ、各移動体要素２４２、２４４の位置を決定するように構成することができる。エンコーダスケール２４６は、移動体２４２、２４４に結合するか、または一体的に形成することができる。
【0046】
図３は、例示的な位置エンコーダ３００の概略図を示している。エンコーダスケール３０２は、光源３０４と検出器３０６との間に位置決めすることができる移動体に取り付けられている。特定の実施形態では、光源および検出器は、位置決めシステムのハウジングに取り付けることができる。
【0047】
示されるように、光源３０４によって生成されたビーム３０８は、エンコーダスケール３０２を通過するときに２つのビーム３１０、３１２に分割される。２つのミラー３１４、３１６を使用して、ビームを再結合し、結合されたビーム３１８を検出器３０６に向ける。
【0048】
再び図２Ａを参照すると、各エンコーダ２４８、２５０は、それぞれの移動体要素２４２、２４４の位置を決定するように構成することができる。エンコーダ２４８、２５０によって生成された場所データは、コントローラ２５２によって使用されて、アクチュエータ２０２、２０４を操作して、移動体要素２４２、２４４を選択された位置に位置決めし、それによって、以下により詳細に記載されるように、ワークピースＷを選択された位置に位置決めすることができる。位置決めシステムは、開示されたクランプ補償システムおよび方法を使用することができる１つ以上のピエゾアクチュエータを含むことができる。
【0049】
実施例３
図４Ａおよび４Ｂは、例示的な駆動ユニット４００をより詳細に示しており、これは、駆動ユニット２０２または２０４のいずれかとして位置決めシステムと共に使用するように構成され得る。駆動ユニット４００は、移動体部材または要素４０２と係合することができる。上記のように、移動体要素４０２は、キャリア要素に結合することができ、したがって、ワークピースＷを、真空チャンバ２１８内のＣＰＭ２０８または他の器具に対して位置決めすることができる。図示の実施形態では、駆動ユニット４００は、第１および第２のフレームまたはハウジング部分４０８、４１０内に収容されたアクチュエータ４０４、４０６の２つのセットを備えるピエゾ駆動ユニットであり得る。
図４Ａおよび４Ｂは、例示的な駆動ユニット４００をより詳細に示しており、これは、駆動ユニット２０２または２０４のいずれかとして位置決めシステムと共に使用するように構成され得る。駆動ユニット４００は、移動体部材または要素４０２と係合することができる。上記のように、移動体要素４０２は、キャリア要素に結合することができ、したがって、ワークピースＷを、真空チャンバ２１８内のＣＰＭ２０８または他の器具に対して位置決めすることができる。図示の実施形態では、駆動ユニット４００は、第１および第２のフレームまたはハウジング部分４０８、４１０内に収容されたアクチュエータ４０４、４０６の２つのセットを備えるピエゾ駆動ユニットであり得る。
【0050】
例えば、図示の実施形態では、各アクチュエータセットは、本明細書ではアクチュエータと呼ばれる３つの移動可能部材を備え得る。次に、各アクチュエータは、剪断要素、クランプ要素、またはそれらの様々な組み合わせなどの１つ以上のアクチュエータ要素を備え得る。アクチュエータ要素の各々は、独立して移動可能および／または制御可能であり得る。他の実施形態では、アクチュエータセットは、より多くの、またはより少ない数のアクチュエータを備え得る。さらに、図示の実施形態では、アクチュエータの各セットは同数のアクチュエータを備えるが、他の実施形態では、アクチュエータの１つのセットは、他よりも多くの、または少ないアクチュエータを備える。例えば、アクチュエータの第１のセットは３つのアクチュエータを備え得、アクチュエータの第２のセットは４つのアクチュエータを備え得る、などである。
【0051】
図４Ａに戻ると、アクチュエータ４０４の第１のセットは、移動体要素４０２の第１の表面４１２に隣接して配設された第１のアクチュエータ４０４ａ、ならびに、移動体要素の第２の表面４１４に隣接した移動体要素４０２の反対側に配設された第２および第３のアクチュエータ４０４ｂ、４０４ｃを備え得る。図示の実施形態では、第１のアクチュエータ４０４ａは、剪断要素４２０およびクランプ要素４２２を備え、第２および第３のアクチュエータ４０４ｂ、４０４ｃは、剪断要素を備える。以下でより詳細に説明されるように、クランプおよび／または剪断要素は、移動体要素４０２を選択された方向に移動させるために、移動体要素４０２と摩擦的に係合することができる。
【0052】
アクチュエータ４０６の第２のセットは、移動体要素４０２の第２の表面４１４に隣接して配設された第１のアクチュエータ４０６ａ、移動体要素４０２の第１の表面４１２に隣接して配設された第２および第３のアクチュエータ４０６ｂ、４０６ｃを備え得る。図示の実施形態では、第１のアクチュエータ４０６ａは、剪断要素４２４およびクランプ要素４２６を備え、第２および第３のアクチュエータ４０６ｂ、４０６ｃは、剪断要素を備える。
【0053】
アクチュエータ４０４、４０６の２つのセットは、アクチュエータ４０４の第１のセットが移動体要素４０２と係合してかつ移動体要素４０２上に力を加えると、要素４０６の第２のセットを係合解除または解放するように、交互、ステッピング、または「ウォーキング」運動で作動することができ、その逆も同様である。アクチュエータ４０４および４０６の両方のセットが移動体４０２と接触しているとき、ステップ間に短い期間があり得る。これは、アクチュエータの１つのセットが他のアクチュエータのセットから「引き継ぐ」場合の「引き継ぎ」状態と呼ばれる。セットの１つのアクチュエータが移動体要素の第１の表面に係合し、セットの第２および第３のアクチュエータが移動体要素の第２の表面に係合するこの構成は、動作中の歪みを軽減するのに役立ち、移動体要素のより滑らかな動きを提供することができる。アクチュエータの２つのセット間の交互の引き継ぎ動作は、アクチュエータと移動体要素との間の滑りを有利に最小化する。さらに、この構成により、剛性や動作性能に影響を与えることなく、駆動ユニットのストローク長を延長することができる。
【0054】
作動されると、剪断要素は、座標系４１６に関して示されるように、Ｚ軸に沿って変位することができ、Ｚ軸は、図４Ａのページの平面に垂直であり、図４Ｂのページの平面に平行である。クランプ要素は、Ｙ軸に沿って変位され得る。アクチュエータのセットを交互に作動させることにより、大きな移動ストロークを実現できる。
【0055】
いくつかの実施形態では、第１のフレーム部分４０８は、第１のフレーム部分４０８が移動体要素４０２に対して移動することを可能にするバイアス部材４１８（例えば、ばね）に結合することができる。使用中、アクチュエータ要素が拡張位置（例えば、図４Ａのクランプ要素４２０）に通電されると、第１のフレーム部分４０８は、移動体要素４０２に対して移動し、それによって、バイアス部材４１８を圧縮する。いくつかの実施形態では、バイアス部材４１８は、フレーム４０８の第１の部分に収容されたアクチュエータと移動体要素４０２との間の摩擦接触を維持するために、拡張位置にバイアスされ得る。
【0056】
いくつかの実施形態では、アクチュエータの端部（例えば、移動体要素に隣接する部分）は、アクチュエータの摩耗を軽減し、駆動ユニットの寿命を延ばすために、酸化アルミニウムでコーティングすることができる。他の実施形態では、クランプおよび／または剪断要素の各々は、移動体との摩擦係合によるクランプおよび／または剪断要素への損傷を軽減するように構成された耐摩耗性プレートを含むことができる。
【0057】
【0058】
特定の実施形態では、クランプ要素５００は、縦ピエゾ要素であり得、剪断要素６００は、剪断ピエゾ要素であり得る。以下に詳細に説明されるように、縦ピエゾ要素５００は、電圧が印加されると軸方向に変形または伸長するように構成することができ、剪断ピエゾ要素６００は、電圧が印加されると一端が反対端に対して横方向に変位するように構成することができる。図５Ｂおよび６Ｂに示されるように、いくつかの実施形態では、各要素５００、６００は、互いに隣接して配置された複数の圧電部材５０２、６０２を備え得る。他の実施形態では、クランプおよび剪断要素５００、６００は、単層ピエゾ要素、またはモノリシック同時焼成ピエゾ要素とも呼ばれるモノリシック多層ピエゾ要素であり得る。特定の実施形態では、クランプおよび／または剪断要素の変位は、印加電圧に線形に関連することができる。ピエゾ部材５０２、６０２が分極される方法に応じて、それは縦方向要素または剪断要素と見なすことができる。クランプ要素は、第１の、または中性構成、第２の細長い構成（例えば、正の電圧を印加することによって通電されるとき）、および／または第３の短縮構成（例えば、負の電圧を印加することによって通電されるとき）の間を移動することができる。
【0059】
例えば、図５Ａに示されるように、電界（矢印５０６によって示される）は、分極の方向（矢印５０４によって示される）に平行に印加され得る。いくつかの実施形態では、図５Ｂに示されるように、クランプ要素は、８つのピエゾ層を含むことができるが、他の実施形態では、クランプ要素は、より多くの、またはより少ない数の層を備え得る。いくつかの特定の実施形態では、クランプ要素は、３つのピエゾ層を備え得る。いくつかの実施形態では、クランプ要素に印加される電圧は、例えば、－３０Ｖ～６０Ｖの間であり得る。
【0060】
通電されると（例えば、正または負の電圧を印加することによって）、クランプ要素５００は、長手方向に、すなわち、矢印５０８によって示される方向に膨張および／または収縮することができる。図５Ａを参照すると、クランプ要素５００は、電圧が全く電圧クランプ要素に印加されていないときに第１のまたは自然長Ｌ１を有する第１のまたは中性構成を、第１の、または正の電力が要素に印加されているときに、第１の、または第２の長さＬ２を有する第２のまたは拡張された構成を、第２のまたは負の電圧が要素に印加されているときに、第３の長さＬ３を有する第３のまたは収縮した構成を有することができる。第２の長さＬ２は、第１の長さＬ１よりも大きくすることができ、第１の長さＬ１は、第３の長さＬ３よりも大きくすることができる。長さは、印加電圧の大きさに少なくとも部分的に基づくことができる。
【0061】
図６Ａおよび６Ｂは、例示的な剪断ピエゾ要素６００を示している。図６Ａに示されるように、電界（矢印６０６によって示される）は、分極の方向（矢印６０４によって示される）に対して直交して印加される。いくつかの実施形態では、図６Ｂに示されるように、剪断要素６００は、８層のピエゾ部材を備え得る。しかしながら、他の実施形態では、剪断要素は、より多くの、またはより少ない数の層を備え得る。いくつかの特定の実施形態では、剪断要素６００は、４層のピエゾ部材を備え得る。いくつかの実施形態では、剪断アクチュエータに印加される電圧は、例えば、－２５０Ｖ～２５０Ｖの間であり得る。
【0062】
通電されると（例えば、正または負の電圧を印加することによって）、剪断要素６００の一部は、矢印６０８によって示されるように、選択された方向に剪断するか、または横方向に移動することができる。例えば、剪断運動は、剪断要素の反対側の第２の表面６１２に対して、剪断ピエゾ要素の第１の表面６１０の変位を引き起こす。剪断要素は、正の電圧が印加されたときに第１の表面が第１の変位長さＤ１だけ第１の方向に第２の表面から変位する第１のオフセット位置と、第１の表面が負の電圧が印加されたときに第２の変位長さＤ２だけ第２の方向（例えば、第１の方向の反対側）に第２の表面から変位する第２のオフセット位置を有し得る。変位長さＤ１およびＤ２は、印加電圧の大きさに少なくとも部分的に基づくことができる。
【0063】
圧電部材５０２および６０２は、セラミック（天然および合成セラミックを含む）、結晶（天然および合成結晶を含む）、グループＩＩＩ－ＶおよびＩＩ－ＶＩ半導体、ポリマー、有機ナノ構造、または任意のそれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの特定の実施形態では、圧電要素は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含むことができる。このような圧電要素は、正の電圧が印加されると拡張し、負の電圧が印加されると収縮する可能性がある。収縮、拡張、および／または剪断変位の大きさおよび速度は、ピエゾ部材に印加される電圧の大きさに依存する可能性がある。
【0064】
実施例６
図７Ａ～７Ｄは、駆動サイクル全体にわたる例示的な駆動ユニット７００（駆動ユニット４００と同様に構成することができる）のアクチュエータの位置を示す。駆動ユニット７００は、移動体要素７０２と係合するように構成されている。駆動ユニット７００は、アクチュエータ７０４および７０６の２つのセットを備える。各アクチュエータセットは、３つのアクチュエータで構成され得る。例えば、アクチュエータセット７０４は、アクチュエータ７０４ａ、７０４ｂ、および７０４ｃを備えることができ、アクチュエータセット７０６は、アクチュエータ７０６ａ、７０６ｂ、および７０６ｃを備えることができる。アクチュエータは、剪断要素、クランプ要素、および／またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、図示の実施形態では、アクチュエータ７０４ｂ、７０４ｃ、７０６ｂ、および７０６ｃは、剪断要素を備える。アクチュエータ７０４ａは、剪断要素７１４およびクランプ要素７１６を備えることができ、アクチュエータ７０６ａは、剪断要素７１８およびクランプ要素７２０を備えることができる。アクチュエータは、第１および第２のフレーム部分７０８、７１０に収容することができる。特定の実施形態では、アクチュエータの変位は、印加される電圧に線形に関連することができる。アクチュエータ７０４、７０６の２つのセットがあり、各セットは２つのタイプの要素（クランプおよび剪断）を備えることができるので、４つの駆動信号を使用して、アクチュエータ７０４、７０６のセットを交互に移動させることができる。いくつかの実施形態では、駆動信号は、交互またはウォーキング運動の反復性のために波形（例えば、電圧波形）として構成することができる。
図７Ａ～７Ｄは、駆動サイクル全体にわたる例示的な駆動ユニット７００（駆動ユニット４００と同様に構成することができる）のアクチュエータの位置を示す。駆動ユニット７００は、移動体要素７０２と係合するように構成されている。駆動ユニット７００は、アクチュエータ７０４および７０６の２つのセットを備える。各アクチュエータセットは、３つのアクチュエータで構成され得る。例えば、アクチュエータセット７０４は、アクチュエータ７０４ａ、７０４ｂ、および７０４ｃを備えることができ、アクチュエータセット７０６は、アクチュエータ７０６ａ、７０６ｂ、および７０６ｃを備えることができる。アクチュエータは、剪断要素、クランプ要素、および／またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、図示の実施形態では、アクチュエータ７０４ｂ、７０４ｃ、７０６ｂ、および７０６ｃは、剪断要素を備える。アクチュエータ７０４ａは、剪断要素７１４およびクランプ要素７１６を備えることができ、アクチュエータ７０６ａは、剪断要素７１８およびクランプ要素７２０を備えることができる。アクチュエータは、第１および第２のフレーム部分７０８、７１０に収容することができる。特定の実施形態では、アクチュエータの変位は、印加される電圧に線形に関連することができる。アクチュエータ７０４、７０６の２つのセットがあり、各セットは２つのタイプの要素（クランプおよび剪断）を備えることができるので、４つの駆動信号を使用して、アクチュエータ７０４、７０６のセットを交互に移動させることができる。いくつかの実施形態では、駆動信号は、交互またはウォーキング運動の反復性のために波形（例えば、電圧波形）として構成することができる。
【0065】
この例では、アクチュエータ７０４ａおよび７０６ａは等しい長さを有するが、他の例では、アクチュエータ７０４ａおよび７０６ａは異なる長さを有することができる。この例では、２つのクランプ要素７１６および７２０、ならびに６つの剪断要素７０４ｂ、７０４ｃ、７１４、７０６ｂ、７０６ｃ、７１８が存在する。しかしながら、他の例では、駆動ユニットは、より多くの、またはより少ない数のクランプおよび剪断要素を備えることができる。
【0066】
図８Ａおよび８Ｂは、図７Ａ～７Ｄに示される駆動サイクルの駆動信号を示す。駆動信号は転流角αに依存する可能性があり、２πの期間で周期的である可能性がある。転流角αは、次の式を使用して定義することができる。
α（ｔ）は経時的な転流角であり、ｆα（τ）は、時間（τ）の関数としての駆動信号の駆動周波数である。
【数1】
α（ｔ）は経時的な転流角であり、ｆα（τ）は、時間（τ）の関数としての駆動信号の駆動周波数である。
【0067】
図８Ａは、アクチュエータの第１および第２のセットのクランプ要素の例示的な駆動または電圧信号を示し、図８Ｂは、アクチュエータの第１および第２のセットの剪断要素の例示的な駆動または電圧信号を示す。ここで図８Ａを参照すると、第１の電圧信号８００は、第１のアクチュエータセット７０４のクランプ要素７１６に印加することができ、第２の電圧信号８０２は、第２のアクチュエータセット７０６のクランプ要素７２０に印加することができる。図８Ａの電圧信号は、－３０Ｖ～６０Ｖの間で一定の速度で上昇し、かつ下降する。クランプ要素７１６の駆動信号は、クランプ要素７１６に印加される電圧が６０Ｖであるとき、クランプ要素７２０に印加される電圧が－３０Ｖであるように、クランプ要素７２０の駆動信号と位相がずれているπ ｒａｄであり得、逆もまた同様である。両方の信号の期間、最大値、および最小値は同じである。しかしながら、他の実施形態では、クランプ要素７１６の駆動信号は、クランプ要素７２０の駆動信号とは異なり得る。
【0068】
図８Ｂの電圧信号８０４および８０６は、３π／２ ｒａｄの角度を通じて、第１の速度で－２５０Ｖ～２５０Ｖに増加するか、または上昇することができ、鋸波のようにπ／２ ｒａｄの角度で第２の速度で２５０Ｖ～－２５０Ｖに減少するか、または上昇することができる。図８Ｂの信号はまた、位相がずれているか、またはπ ｒａｄによって位相シフトされ得る。
【0069】
図７Ａは、転流角がゼロである駆動サイクルの第１のまたは開始位置にある駆動ユニット７００を示している。この位置は、参照文字ａによって示される、図８Ａおよび８Ｂの０ ｒａｄの転流角での駆動信号値に対応する。図８Ａに示されるように、アクチュエータ７０４ａおよび７０６ａのクランプ要素７１６および７２０に印加された電圧は、両方のアクチュエータが等しい長さＬ１を有するように０ ｒａｄで等しく、それらの間に移動体要素７０２を係合し、かつクランプする。図８Ｂを参照すると、アクチュエータ７０４ｂおよび７０４ｃの剪断要素、ならびにアクチュエータ７０４ａの剪断要素７１４に印加された電圧は、－２００Ｖであり得る。剪断要素７０６ｂおよび７０６ｃに印加された電圧、およびアクチュエータ７０６ａの剪断要素７２０は、２００Ｖであり得る。したがって、アクチュエータ７０４ｂ、７０４ｃ、７０６ｂ、および７０６ｃもまた、移動体要素７０２と接触している。図７Ａのアクチュエータの位置は、アクチュエータ７０４、７０６の両方のセットのすべての要素が互いに平衡状態にあり、移動体７０２と接触している、引継ぎ運動に対応し得る。両方の剪断グループの剪断要素の剪断電圧の転流角に関する導関数は等しくすることができる。したがって、両方の剪断グループは同じ速度で移動することができる。
【0070】
図７Ｂは、図８Ａおよび８Ｂの参照文字ｂ～ｃによって示された駆動信号の部分に対応する、駆動サイクルにおける第２の例示的な位置にある駆動ユニットを示す。アクチュエータ７０４の第１のセットのアクチュエータ７０４ａのクランプ要素７１６は、最大電圧で通電され、したがって、アクチュエータ７０４ａを第１の長さＬ１から、Ｌ１よりも大きい拡張長さＬ２に移動させる。図８Ａに示されるように、アクチュエータ７０４ａのクランプ要素７１６に印加された電圧は６０Ｖであり得、アクチュエータ７０６ａのクランプ要素７２０に印加された電圧は－３０Ｖであり得る。アクチュエータ７０４ａの拡張された長さＬ２は、アクチュエータ７０６ｂおよび７０６ｃがもはや移動体要素７０２に係合しないように、移動体要素７０２に対する第１のフレーム部分７０８を移動させる。第１のフレーム部分７０８は、バイアス要素７１２に結合することができる。
【0071】
バイアス要素７１２（例えば、ばね）は、圧縮して、移動体要素７０２に対する第１のフレーム部分７０８の移動を可能にすることができる。一方、アクチュエータ７０６ａのクランプ要素７２０は、その最小電圧（例えば、－３０Ｖ）で通電され、したがって、アクチュエータ７０６ａを、アクチュエータ７０６ａが、もはや移動体要素７０２と係合しないように、第１の長さＬ１から、長さＬ１よりも小さい長さＬ３を有する収縮構成に移動させる。アクチュエータ７０６ｂおよび７０６ｃは、次の「引き継ぎ」移動のための位置にあり、一方、アクチュエータ７０４ｂ、７０４ｃ、および７１４は、図８Ｂの増加する駆動電圧の影響下で、駆動ユニット７００に対して移動体要素７０２を移動させるか、変位させるか、または駆動する。図８Ｂに示されるように、剪断要素７１８、７０６ｂ、および７０６ｃに印加された電圧は、２５０Ｖ～－２５０Ｖに低下することができ、剪断要素７１４、７０４ｂ、および７０４ｃに印加される電圧は、－２５０Ｖ～２５０Ｖに上昇することができる。
【0072】
図７Ｃは、図８Ａおよび８Ｂの参照文字ｄによって示された駆動信号の部分に対応する、駆動サイクルにおける第３の例示的な位置にあるアクチュエータを示す。第３の例示的な位置は、図７Ａに関して上記で説明された引き継ぎ運動と同様の第２の「引き継ぎ」運動であり、ここで、アクチュエータのすべてが移動体要素７０２と接触している。図８Ａに示されるように、アクチュエータ７０４ａおよび７０６ａのクランプ要素７１６および７２０に印加された電圧は、両方のアクチュエータが等しい長さＬ１を有するように０ ｒａｄで等しく、それらの間に移動体要素７０２を係合し、かつクランプする。図８Ｂを参照すると、アクチュエータ７０４ｂおよび７０４ｃの剪断要素、ならびにアクチュエータ７０４ａの剪断要素７１４に印加された電圧は、２００Ｖであり得る。剪断アクチュエータ７０６ｂおよび７０６ｃ、ならびにアクチュエータ７０６ａの剪断要素７１８に印加された電圧は、－２００Ｖであり得る。
【0073】
図７Ｄは、図８Ａおよび８Ｂの参照文字ｅ－ｆによって示された駆動信号の部分に対応する、駆動サイクルにおける第４の例示的な位置にあるアクチュエータを示す。この位置は、アクチュエータ７０６の第２のセットが移動体要素７０２と係合し、アクチュエータ７０４の第１のセットが係合していないことを除いて、図７Ｂに示される位置と同様である。アクチュエータ７０６ａのクランプ要素７２０は、最大電圧で通電され、したがって、アクチュエータ７０６ａを長さＬ１から、Ｌ１よりも大きい長さＬ２を有する拡張構成に移動させる。図８Ａに示すように、アクチュエータ７０６ａのクランプ要素７２０に印加された電圧は６０Ｖであり得、アクチュエータ７０４ａのクランプ要素７１６に印加された電圧は－３０Ｖであり得る。アクチュエータ７０６ａの拡張構成は、アクチュエータ７０４ｂおよび７０４ｃがもはや移動体要素７０２に係合しないように、第２のフレーム部分７１０に対して（例えば、離れて）、移動体要素７０２を（またそれにより、要素７０４ａ、７０６ｂ、７０６ｃおよび第１のフレーム部分７０８を）移動させることができる。クランプ要素７１６は、最小電圧（例えば、－３０Ｖ）で通電され、したがって、アクチュエータ７０４ａを、アクチュエータ７０４ａが、もはや移動体要素７０２と係合しないように、第１の長さＬ１から、長さＬ１よりも小さい長さＬ３を有する収縮構成に移動させる。アクチュエータ７０４ｂおよび７０４ｃは、次の「引き継ぎ」運動のための位置にあり、一方、アクチュエータ７０６ｂおよび７０６ｃは、図８Ｂの駆動電圧の増加により、移動体要素７０２を駆動するか、または変位させる。図８Ｂに示されるように、剪断要素７１８、７０６ｂ、および７０６ｃに印加された電圧は、－２５０Ｖ～２５０Ｖに上昇することができ、剪断要素７１４、７０４ｂ、および７０４ｃに印加された電圧は、２５０Ｖ～－２５０Ｖに低下することができる。
【0074】
アクチュエータセットの選択された駆動信号は周期的であるため、図８Ａおよび８Ｂの参照文字ｇによって示された駆動信号の部分に対応する駆動ユニットの構成は、図７Ａに示される構成と同じである。ピエゾ要素と駆動信号のこの組み合わせにより、駆動ユニットは、ウォーキング運動を連想させる一連のステップで移動体要素７０２を移動させることができる。この駆動サイクルは、移動体要素７０２を選択された位置に移動させるために必要に応じて繰り返すことができる。移動体要素を反対方向に動かすために、駆動信号の方向を逆にすることもできる。
【0075】
実施例７
前述のように、駆動ユニット（複数可）を使用して移動体（複数可）を移動させることができ、それにより、ワークピースＷを荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）、例えばＳＴＥＭに対して位置決めすることができる。ワークピースＷの位置および速度の乱れは、一定速度で移動するワークピースＷの点から点への移動を追跡するために望ましくない可能性がある。例えば、乱れは、ガイダンスシステムが、ワークピースの位置および／または画像化されることを意図されたワークピースの選択された領域を見失う原因となる可能性がある。いくつかの実施形態では、ＣＰＭは、ワークピースが動いている間にワークピースＷを画像化するように構成することができる。そのような実施形態では、ワークピースＷの滑らかで一貫した移動を有することが特に有利である。
前述のように、駆動ユニット（複数可）を使用して移動体（複数可）を移動させることができ、それにより、ワークピースＷを荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）、例えばＳＴＥＭに対して位置決めすることができる。ワークピースＷの位置および速度の乱れは、一定速度で移動するワークピースＷの点から点への移動を追跡するために望ましくない可能性がある。例えば、乱れは、ガイダンスシステムが、ワークピースの位置および／または画像化されることを意図されたワークピースの選択された領域を見失う原因となる可能性がある。いくつかの実施形態では、ＣＰＭは、ワークピースが動いている間にワークピースＷを画像化するように構成することができる。そのような実施形態では、ワークピースＷの滑らかで一貫した移動を有することが特に有利である。
【0076】
図９に示されるように、駆動ユニット９００のアクチュエータ９０２、９０４は、典型的には、それらが移動体要素９０６に垂直になるように位置付けられる。例えば、アクチュエータ９０２、９０４は、アクチュエータ９０２、９０４を通って長手方向に延在する軸９０８が、移動体要素９０６の表面と９０°の角度を形成するように位置付けることができる。移動体要素の接触面９１０に接触するアクチュエータ９０２、９０４の表面は、移動体要素９０６に平行であり、アクチュエータは、移動体の表面に対して垂直に移動する。使用中、この構成により、クランプ要素を備えるアクチュエータは、移動体要素の位置に影響を与えることなく、移動体要素と係合することができる。
【0077】
実施例８
しかしながら、図１０に示されるように、いくつかの実施形態では、駆動ユニット１０００のアクチュエータ１００２、１００４の一方または両方は、移動体要素１００６に対してある角度（例えば、傾斜）で位置付けられ得る。これは、「クランプ要素の不整合」と呼ばれることがある。そのような実施形態では、接触面１０１２の移動体要素と接触するアクチュエータの表面は、表面１０１２と平行ではなく、アクチュエータは、移動体要素に対して非垂直な角度で移動する。例えば、システム内の構成要素の寸法および／または位置の公差に関する実際的な制限は、アクチュエータ１００２、１００４の一方または両方が、移動体要素１００６に対して角度を付けられるか、または傾斜する結果となる可能性がある。これは、アクチュエータ１００２および１００４をそれぞれ軸方向に延在し、移動体要素１００６との接触面１０１２に対して角度β、φを形成する線１００８、１０１０によって示されている。傾斜したアクチュエータ１００２、１００４は、剪断要素の速度に変化（例えば、加算または減算）をもたらし、それにより、ワークピースＷの位置および速度に乱れを生じさせる可能性がある。例えば、角度のあるアクチュエータ要素は、垂直アクチュエータが接触すると予想される転流角αの前の移動体の表面に接触し得る。これにより、不整合の方向に応じて、アクチュエータが伸び続けるため、移動体が前方または後方に押される可能性がある。
しかしながら、図１０に示されるように、いくつかの実施形態では、駆動ユニット１０００のアクチュエータ１００２、１００４の一方または両方は、移動体要素１００６に対してある角度（例えば、傾斜）で位置付けられ得る。これは、「クランプ要素の不整合」と呼ばれることがある。そのような実施形態では、接触面１０１２の移動体要素と接触するアクチュエータの表面は、表面１０１２と平行ではなく、アクチュエータは、移動体要素に対して非垂直な角度で移動する。例えば、システム内の構成要素の寸法および／または位置の公差に関する実際的な制限は、アクチュエータ１００２、１００４の一方または両方が、移動体要素１００６に対して角度を付けられるか、または傾斜する結果となる可能性がある。これは、アクチュエータ１００２および１００４をそれぞれ軸方向に延在し、移動体要素１００６との接触面１０１２に対して角度β、φを形成する線１００８、１０１０によって示されている。傾斜したアクチュエータ１００２、１００４は、剪断要素の速度に変化（例えば、加算または減算）をもたらし、それにより、ワークピースＷの位置および速度に乱れを生じさせる可能性がある。例えば、角度のあるアクチュエータ要素は、垂直アクチュエータが接触すると予想される転流角αの前の移動体の表面に接触し得る。これにより、不整合の方向に応じて、アクチュエータが伸び続けるため、移動体が前方または後方に押される可能性がある。
【0078】
実施例９
傾斜したアクチュエータによって引き起こされる乱れは、例えば、開ループクランプ測定を使用して定量化することができる。そのような開ループ測定のための例示的な制御アーキテクチャ１１００が図１１に示されている。制御システム１１００は、積分器ツールまたはモジュール１１０２および信号発生器モジュール１１０４を備えることができる。駆動ユニットは、ブロック１１０６で表されている。ブロック１１０２、１１０４、および１１０６は、物理システムＧを表すブロック１１０８内に一緒にグループ化される（例えば、キャリアユニット、駆動ユニット、位置エンコーダなどを含むことができる）。図示の実施形態では駆動周波数ｆαは、積分器モジュール１１０２に入力することができる。積分器モジュール１１０２は、転流角αを信号発生器１１０４に出力することができ、信号発生器１１０４は、駆動ユニット１１０６に複数の（例えば、４つの）出力信号ｕｉを生成することができる。図示の実施形態には２つのタイプのピエゾ要素（例えば、剪断機およびクランプ）および２つのセットのピエゾアクチュエータがあるので（例えば、図７Ａ～７Ｄを参照）、信号発生器は４つの信号または電圧関数ｕｉを出力して選択した方法で駆動ユニットを移動させることができる。１つの代表的な実施形態では、剪断要素が静止したままである間、クランプ要素は、クランプ要素駆動信号で通電することができる。一定の駆動信号の移動体要素ｘｍの位置を測定することにより、移動体要素ｘｍの位置への傾斜クランプ要素の影響を決定することができる。開ループ測定が進むにつれて、移動体要素の変位を決定することができる。
傾斜したアクチュエータによって引き起こされる乱れは、例えば、開ループクランプ測定を使用して定量化することができる。そのような開ループ測定のための例示的な制御アーキテクチャ１１００が図１１に示されている。制御システム１１００は、積分器ツールまたはモジュール１１０２および信号発生器モジュール１１０４を備えることができる。駆動ユニットは、ブロック１１０６で表されている。ブロック１１０２、１１０４、および１１０６は、物理システムＧを表すブロック１１０８内に一緒にグループ化される（例えば、キャリアユニット、駆動ユニット、位置エンコーダなどを含むことができる）。図示の実施形態では駆動周波数ｆαは、積分器モジュール１１０２に入力することができる。積分器モジュール１１０２は、転流角αを信号発生器１１０４に出力することができ、信号発生器１１０４は、駆動ユニット１１０６に複数の（例えば、４つの）出力信号ｕｉを生成することができる。図示の実施形態には２つのタイプのピエゾ要素（例えば、剪断機およびクランプ）および２つのセットのピエゾアクチュエータがあるので（例えば、図７Ａ～７Ｄを参照）、信号発生器は４つの信号または電圧関数ｕｉを出力して選択した方法で駆動ユニットを移動させることができる。１つの代表的な実施形態では、剪断要素が静止したままである間、クランプ要素は、クランプ要素駆動信号で通電することができる。一定の駆動信号の移動体要素ｘｍの位置を測定することにより、移動体要素ｘｍの位置への傾斜クランプ要素の影響を決定することができる。開ループ測定が進むにつれて、移動体要素の変位を決定することができる。
【0079】
上記の特定の開ループ測定では、アクチュエータの剪断要素が０Ｖで静止したまま、駆動信号を使用してアクチュエータのクランプ要素に通電することができる。一定の駆動周波数で移動体要素の位置を測定することにより、移動体要素の位置に対する傾斜したクランプ要素の影響を決定することができる。
【0080】
図１２Ａ～１２Ｂは、開ループ測定値を使用して決定された例示的な位置および速度の測定値を示し、図１２Ａは、１Ｈｚの一定の駆動周波数ｆαを使用した例示的な位置評価を示し、図１２Ｂは、１Ｈｚの一定の駆動周波数ｆαを使用した例示的な速度評価を示す。図１２Ａおよび１２Ｂに見られるように、速度信号は反復的であり、したがって、位置信号の乱れは反復的である。
【0081】
実施例１０
特定の実施形態では、速度、したがって位置の乱れは、図１３Ａ～１３Ｃに示されるように、クランプ要素に印加された駆動信号、および開ループ応答の方向依存性に関連し得る。アクチュエータのクランプ要素に印加された電圧が一定である駆動サイクルの瞬間については、速度はゼロであり得る。図１３Ａは、アクチュエータのクランプ要素に印加された典型的な駆動信号を示す。図１３Ｂは、１Ｈｚの駆動周波数を有するクランプ測定の正規化された速度変化を示す。図１３Ｃは、ｆα｛－１， １｝ Ｈｚで開ループ制御システム１１００によって駆動されたクランプ要素の正規化速度進化を示す。図１３Ｂを参照すると、クランプ要素に印加された電圧が一定である駆動サイクルの動きについて、クランプ測定の速度はゼロであることが分かることができる。クランプ要素が収縮し始めると（例えば、α＝０．７１π ｒａｄおよびα＝１．７１π ｒａｄで）、クランプ要素の速度はほぼ一定の速度またはレベルまで増加する。図１３Ｃに示すように、ｆα＝１Ｈｚでのクランプ要素の速度は増加し、ｆα＝－１Ｈｚでのクランプ要素の速度は減少する。
特定の実施形態では、速度、したがって位置の乱れは、図１３Ａ～１３Ｃに示されるように、クランプ要素に印加された駆動信号、および開ループ応答の方向依存性に関連し得る。アクチュエータのクランプ要素に印加された電圧が一定である駆動サイクルの瞬間については、速度はゼロであり得る。図１３Ａは、アクチュエータのクランプ要素に印加された典型的な駆動信号を示す。図１３Ｂは、１Ｈｚの駆動周波数を有するクランプ測定の正規化された速度変化を示す。図１３Ｃは、ｆα｛－１， １｝ Ｈｚで開ループ制御システム１１００によって駆動されたクランプ要素の正規化速度進化を示す。図１３Ｂを参照すると、クランプ要素に印加された電圧が一定である駆動サイクルの動きについて、クランプ測定の速度はゼロであることが分かることができる。クランプ要素が収縮し始めると（例えば、α＝０．７１π ｒａｄおよびα＝１．７１π ｒａｄで）、クランプ要素の速度はほぼ一定の速度またはレベルまで増加する。図１３Ｃに示すように、ｆα＝１Ｈｚでのクランプ要素の速度は増加し、ｆα＝－１Ｈｚでのクランプ要素の速度は減少する。
【0082】
同様の乱れは、一定のクランプ位相の前に発生する（例えば、α＝０．２８π ｒａｄおよびα＝１．２８π ｒａｄ）。一定のクランプ位相の直前および直後に、１つのクランプ要素のみが移動体と接触する（例えば、アクチュエータの第１セットのクランプ要素またはアクチュエータの第２のセットのクランプ要素）。したがって、速度の増加および減少は、傾斜したクランプ要素の結果である可能性がある。
【0083】
アクチュエータの１つ以上の傾斜したクランプ要素によって引き起こされた乱れは、クランプ要素の傾斜または不整合を補償するために剪断要素を作動させることによって、少なくとも部分的に相殺するか、または軽減することができる。より具体的には、角度付きクランプ要素は、剪断要素の駆動信号（複数可）の波形を修正して、修正された駆動信号（例えば、補償信号と組み合わせた初期剪断信号を備える信号）をアクチュエータの剪断要素に提供することによって、少なくとも部分的に補償することができる。例示的な補償信号は、クランプ測定および開ループ測定の結果としての速度の重ね合わせによって生成することができる。図１４は、剪断速度およびクランプ速度の重ね合わせに基づくクランプ速度信号で補正された、１Ｈｚおよび－１Ｈｚの正規化された開ループ速度信号を示す。図１４から、α∈｛０．１π、１．１５π｝ｒａｄでの最小値が、約０ｍ／秒に減少することがわかる。したがって、特定の実施形態では、本明細書に記載の傾斜補償アルゴリズムを使用して、少なくとも負の速度を回避することができる。
【0084】
実施例１１
移動体要素に対するクランプ要素の不整合、変位、および／または傾斜は、剪断要素の動きを修正することによって少なくとも部分的に補償することができる。剪断要素の変位軌道は、クランプ要素が作用したときに観察された移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。特定の実施形態では、剪断要素は、２５０Ｖの振幅を有する電圧信号が印加されるとき、約３．０×１０－６ｍのストローク長を有することができる。したがって、特定の剪断変位を生成するために必要な電圧は、式１および２で以下に示すモデルで近似し得る。逆剪断定数
は、印加電圧を剪断ピエゾ要素の剪断変位に関連付ける。
移動体要素に対するクランプ要素の不整合、変位、および／または傾斜は、剪断要素の動きを修正することによって少なくとも部分的に補償することができる。剪断要素の変位軌道は、クランプ要素が作用したときに観察された移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。特定の実施形態では、剪断要素は、２５０Ｖの振幅を有する電圧信号が印加されるとき、約３．０×１０－６ｍのストローク長を有することができる。したがって、特定の剪断変位を生成するために必要な電圧は、式１および２で以下に示すモデルで近似し得る。逆剪断定数
は、印加電圧を剪断ピエゾ要素の剪断変位に関連付ける。
【数2】
【数3】
【0085】
式２および３では、
は逆剪断定数［Ｖ／ｍ］は、ｕは印加電圧［Ｖ］であり、ｘｍは移動体要素［ｍ］の位置である。
は逆剪断定数［Ｖ／ｍ］は、ｕは印加電圧［Ｖ］であり、ｘｍは移動体要素［ｍ］の位置である。
【0086】
理想的には、クランプ要素によってクランプされたときの移動体要素の変位は０ｍである必要がある。したがって、特定の実施形態では、剪断補償信号または波形は、式３に示されるように、反復学習制御（ＩＬＣ）スキームおよび逆剪断モデルを使用して生成することができる。
【数4】
【0087】
式３において、ｕｊ＋１は調整補償信号［Ｖ］であり、ｕｊは、初期補正信号［Ｖ］であり、
は、逆剪断定数［Ｖ／ｍ］であり、ｘｍは移動体［ｍ］の変位である。
は、逆剪断定数［Ｖ／ｍ］であり、ｘｍは移動体［ｍ］の変位である。
【0088】
実施例１２
図１５Ａおよび１５Ｂは、剪断要素駆動信号を調整するためにＩＬＣシステムと共に使用することができるクランプ要素および剪断要素の初期電圧波形を示す。図１５Ａは、クランプ要素を第１の方向に（例えば、移動体要素に向かってまたは離れて）移動させるために、駆動ユニットの動作中にアクチュエータのクランプ要素に印加された典型的な駆動信号を示し、図１５Ｂは、剪断要素を第２の方向（例えば、移動体要素の移動方向と反対の方向）に移動させるために、アクチュエータの剪断要素に印加される、本明細書では補償信号または波形と呼ばれる初期駆動信号を示す。特定の実施形態では、図１５Ｂに示された信号は、クランプ要素が図１５Ａに示された信号で作動されるクランプ動作中の移動体要素のパスまたは位置に少なくとも部分的に基づいて取得することができる。言い換えれば、剪断要素の初期電圧信号は、不整合の補償がないクランプ動作中の移動体要素のパスに少なくとも部分的に基づくことができる。例えば、剪断要素を駆動するための第１の電圧波形は、移動体ｘｍの位置を逆剪断定数
と乗算し、上記の式３に従って、初期の修正されていない剪断要素電圧信号から結果の量を減算することにより得られる。その後、クランプを再び作動させることができ、式３から得られる波形で剪断要素を駆動することができる。剪断要素は、第２の方向（例えば、移動体要素の移動方向と反対方向）に移動して、クランプ要素と移動体要素との間の不整合を少なくとも部分的に補償することができる。移動体要素の変位、位置、またはパスを決定することができ（例えば、位置エンコーダを使用して）、測定された変位と目標変位との差を、ドライブサイクル全体で測定することができる（例えば、α＝０～α＝２π）。この違いは、誤差と呼ばれることがある。誤差の合計は、ターゲットの変位またはパス（例えば、０ｍ、または移動なし）と比較できる。変位が事前選択された閾値（例えば、１μｍ、１００ｎｍ、１０ｎｍなど）を超えている場合、第２の剪断要素の電圧信号は、移動体要素の測定された変位と目標変位との差に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。特定の実施形態では、剪断要素の引き込み運動は、このグループがクランプ中に移動体要素と接触しないように配向することができ、これは、移動体要素の位置の変化がクランプ要素の不整合によって引き起こされ得ることを意味する。
図１５Ａおよび１５Ｂは、剪断要素駆動信号を調整するためにＩＬＣシステムと共に使用することができるクランプ要素および剪断要素の初期電圧波形を示す。図１５Ａは、クランプ要素を第１の方向に（例えば、移動体要素に向かってまたは離れて）移動させるために、駆動ユニットの動作中にアクチュエータのクランプ要素に印加された典型的な駆動信号を示し、図１５Ｂは、剪断要素を第２の方向（例えば、移動体要素の移動方向と反対の方向）に移動させるために、アクチュエータの剪断要素に印加される、本明細書では補償信号または波形と呼ばれる初期駆動信号を示す。特定の実施形態では、図１５Ｂに示された信号は、クランプ要素が図１５Ａに示された信号で作動されるクランプ動作中の移動体要素のパスまたは位置に少なくとも部分的に基づいて取得することができる。言い換えれば、剪断要素の初期電圧信号は、不整合の補償がないクランプ動作中の移動体要素のパスに少なくとも部分的に基づくことができる。例えば、剪断要素を駆動するための第１の電圧波形は、移動体ｘｍの位置を逆剪断定数
【0089】
剪断要素の駆動信号（例えば、剪断要素に印加された電圧）は、クランプ要素によるクランプ中の移動体要素の動きを低減するために、上記のプロセスを繰り返すことによって繰り返し修正することができる。このプロセスは、移動体要素の変位が目標変位に収束するまで、または目標変位に近づくまで繰り返すことができる。図１６は、ＩＬＣスキームの８回の反復試行にわたる駆動信号の変化を示している。試行ごとに、移動体要素の位置の変化を減らすために、剪断要素の駆動信号が修正される。特定の実施形態では、クランプの不整合を補償することなく、駆動ユニットの動作と比較して、移動体要素の変位を６０分の１以上低減することが可能である。ゼロ変位、ほぼゼロ変位、または事前選択された移動体要素の変位をもたらす剪断要素波形は、本明細書では、補償波形または補償駆動信号と呼ばれる。
【0090】
実施例１３
動作中に傾斜補償を適用するために、図１６に関連付けられた補償駆動信号などの補償駆動信号を、初期または修正されていない剪断要素駆動信号と組み合わせることができる（例えば、図８Ｂを参照）。いくつかの特定の実施形態では、システムの実際的な制限により、剪断要素への最大電圧は２５０Ｖを超えることができないので、初期波形の振幅は１５０Ｖに減少する。結果として生じる駆動信号を図１７Ａ～１７Ｂに示す。図１７Ａは、クランプ要素に印加された駆動信号を示し、図１７Ｂは、補償波形を初期剪断駆動信号と組み合わせることから生じる修正または補償された剪断要素駆動信号を示す。図１７Ｂに示される結果として生じる修正された駆動信号は、クランプ要素の不整合によって引き起こされた移動体要素の移動を軽減しながら、移動体要素を目標位置に（またはサイクルごとに選択された距離だけ）移動するように構成される。
動作中に傾斜補償を適用するために、図１６に関連付けられた補償駆動信号などの補償駆動信号を、初期または修正されていない剪断要素駆動信号と組み合わせることができる（例えば、図８Ｂを参照）。いくつかの特定の実施形態では、システムの実際的な制限により、剪断要素への最大電圧は２５０Ｖを超えることができないので、初期波形の振幅は１５０Ｖに減少する。結果として生じる駆動信号を図１７Ａ～１７Ｂに示す。図１７Ａは、クランプ要素に印加された駆動信号を示し、図１７Ｂは、補償波形を初期剪断駆動信号と組み合わせることから生じる修正または補償された剪断要素駆動信号を示す。図１７Ｂに示される結果として生じる修正された駆動信号は、クランプ要素の不整合によって引き起こされた移動体要素の移動を軽減しながら、移動体要素を目標位置に（またはサイクルごとに選択された距離だけ）移動するように構成される。
【0091】
実施例１４
図１８Ａは、駆動ユニットの補償されていない位置および補償された位置進化を示している。駆動信号の周波数は１Ｈｚであり得る。補償されていない駆動信号は、図８Ａおよび８Ｂに示された駆動信号に類似することができ、補償された駆動信号は、図１７Ａおよび１７Ｂに示された駆動信号に類似することができる。補償された位置進化１８０２は、補償されていない位置進化１８００よりも滑らかであり、摂動が少ない。図１８Ｂは、１つの駆動信号サイクルにわたる補償されていない速度および補償された速度を示している。補償された速度１８０４は、負の速度を有さず、補償されていない速度１８０６よりも滑らかで、変化が浅い。傾斜補償を使用すると、速度の変化の最小値を
に減らすことができる。いくつかの実施形態では、同じ補償信号を、異なる駆動周波数での開ループ測定に印加することができる。
図１８Ａは、駆動ユニットの補償されていない位置および補償された位置進化を示している。駆動信号の周波数は１Ｈｚであり得る。補償されていない駆動信号は、図８Ａおよび８Ｂに示された駆動信号に類似することができ、補償された駆動信号は、図１７Ａおよび１７Ｂに示された駆動信号に類似することができる。補償された位置進化１８０２は、補償されていない位置進化１８００よりも滑らかであり、摂動が少ない。図１８Ｂは、１つの駆動信号サイクルにわたる補償されていない速度および補償された速度を示している。補償された速度１８０４は、負の速度を有さず、補償されていない速度１８０６よりも滑らかで、変化が浅い。傾斜補償を使用すると、速度の変化の最小値を
【数5】
に減らすことができる。いくつかの実施形態では、同じ補償信号を、異なる駆動周波数での開ループ測定に印加することができる。
【0092】
実施例１５
図１９は、本明細書に記載のプロセスを実施するために使用された閉ループ処理のための例示的な制御システム１９００を示している。制御システム１９００は、積分器ツールまたはモジュール１９０２および信号発生器モジュール１９０４を備えることができる。駆動ユニットは、ブロック１９０６で表されている。ブロック１９０２、１９０４、および１９０６は、物理システムＧを表すブロック１９０８内に一緒にグループ化される（例えば、キャリアユニット、駆動ユニット、位置エンコーダなど）。図示の実施形態では、加算接合部は、事前選択された閾値ｒ（例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍの間）およびｘｍ（移動体要素の変位）を合計して、誤差値ｅをもたらす。誤差値は、次式を使用して計算することができる。
ｅ＝ｒ－ｘｍ
図１９は、本明細書に記載のプロセスを実施するために使用された閉ループ処理のための例示的な制御システム１９００を示している。制御システム１９００は、積分器ツールまたはモジュール１９０２および信号発生器モジュール１９０４を備えることができる。駆動ユニットは、ブロック１９０６で表されている。ブロック１９０２、１９０４、および１９０６は、物理システムＧを表すブロック１９０８内に一緒にグループ化される（例えば、キャリアユニット、駆動ユニット、位置エンコーダなど）。図示の実施形態では、加算接合部は、事前選択された閾値ｒ（例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍの間）およびｘｍ（移動体要素の変位）を合計して、誤差値ｅをもたらす。誤差値は、次式を使用して計算することができる。
ｅ＝ｒ－ｘｍ
【0093】
次に、誤差値を、コントローラ１９１０に入力することができる。コントローラ１９１０は駆動周波数ｆαを生成することができ、これは、積分器モジュール１９０２に入力することができる。積分器モジュール１９０２は、転流角αを信号発生器１９０４に出力することができ、信号発生器１９０４は、複数（例えば、４つ）の出力電圧信号ｕｉを駆動ユニット１９０６に生成することができ、その結果、位置変化ｘｍが生じる。特定の実施形態では、波形発生器１９０４によって生成された剪断要素への出力信号は、クランプ中の移動体要素の所定の動きに少なくとも部分的に基づく補償された駆動信号であり得る。
【0094】
実施例１６
図２０を参照すると、駆動ユニットを使用して位置決めシステムの移動体要素を位置決めするための代表的な方法２０００は、２００２において、クランプ要素が第１の方向に移動体要素に向かって移動するように、第１の駆動信号を駆動ユニットのクランプ要素に印加することを含む。２００４において、剪断要素が第２の方向に移動して、クランプ要素と移動体要素との間の不整合を補償することができるように、第２の駆動信号を駆動ユニットの少なくとも１つの剪断要素に印加することができる。
図２０を参照すると、駆動ユニットを使用して位置決めシステムの移動体要素を位置決めするための代表的な方法２０００は、２００２において、クランプ要素が第１の方向に移動体要素に向かって移動するように、第１の駆動信号を駆動ユニットのクランプ要素に印加することを含む。２００４において、剪断要素が第２の方向に移動して、クランプ要素と移動体要素との間の不整合を補償することができるように、第２の駆動信号を駆動ユニットの少なくとも１つの剪断要素に印加することができる。
【0095】
実施例１７
図２１を参照すると、駆動ユニットの補償された駆動信号を生成するための代表的な方法２１００は、２１０２において、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットのクランプ要素に印加することを含み、クランプ要素は移動体要素と係合するように構成されている。２１０４において、移動体要素の変位が決定される。２１０６において、駆動ユニットの１つ以上の剪断要素に印加される補償信号が、移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づいて決定される。２１０８において、補償信号が１つ以上の剪断要素に印加され、クランプ要素駆動信号がクランプ要素に印加される。２１１０において、移動体要素の第２の変位が決定される。２１１２において、第２の変位が事前選択された閾値（例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍ）を下回る場合、補償信号は、初期剪断要素駆動信号と組み合わされて、修正または補償された剪断要素駆動信号を生成する。
図２１を参照すると、駆動ユニットの補償された駆動信号を生成するための代表的な方法２１００は、２１０２において、クランプ要素駆動信号を駆動ユニットのクランプ要素に印加することを含み、クランプ要素は移動体要素と係合するように構成されている。２１０４において、移動体要素の変位が決定される。２１０６において、駆動ユニットの１つ以上の剪断要素に印加される補償信号が、移動体要素の変位に少なくとも部分的に基づいて決定される。２１０８において、補償信号が１つ以上の剪断要素に印加され、クランプ要素駆動信号がクランプ要素に印加される。２１１０において、移動体要素の第２の変位が決定される。２１１２において、第２の変位が事前選択された閾値（例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍ）を下回る場合、補償信号は、初期剪断要素駆動信号と組み合わされて、修正または補償された剪断要素駆動信号を生成する。
【0096】
実施例１８
図２２を参照すると、修正された剪断要素駆動信号を決定するための代表的な方法２２００は、クランプ要素駆動信号を２２０２でクランプ要素に印加することを含む。２２０４において、移動体要素の変位を測定することができる（例えば、位置エンコーダを使用して）。２２０６において、変位を使用して補償信号を決定することができる。２２０８において、クランプ要素駆動信号をクランプ要素に印加することができ、補償信号を１つ以上の剪断要素に印加することができる。２２１０において、移動体要素の変位を再度測定することができる。２２１２において、移動体要素の変位が事前選択された閾値を下回っている場合（例えば、変位が１０ｎｍ～１００ｎｍの値未満の場合）、補償信号を初期剪断要素駆動信号と組み合わせて、２２１４において修正された剪断要素駆動信号を生成することができる。２２１６において、修正された剪断要素駆動信号を１つ以上の剪断要素に印加することができ、クランプ要素駆動信号をクランプ要素に印加することができる。再び２２１２を参照すると、変位が事前選択された閾値を下回っていない場合（例えば、変位が１０ｎｍ～１００ｎｍの間の値より大きい場合）、次いで、移動体要素の変位を使用して、２２０６における追加の補償信号を決定することができる。動作２２０６から２２１２は、移動体要素の変位が事前選択された閾値を下回るまで繰り返すことができる。
図２２を参照すると、修正された剪断要素駆動信号を決定するための代表的な方法２２００は、クランプ要素駆動信号を２２０２でクランプ要素に印加することを含む。２２０４において、移動体要素の変位を測定することができる（例えば、位置エンコーダを使用して）。２２０６において、変位を使用して補償信号を決定することができる。２２０８において、クランプ要素駆動信号をクランプ要素に印加することができ、補償信号を１つ以上の剪断要素に印加することができる。２２１０において、移動体要素の変位を再度測定することができる。２２１２において、移動体要素の変位が事前選択された閾値を下回っている場合（例えば、変位が１０ｎｍ～１００ｎｍの値未満の場合）、補償信号を初期剪断要素駆動信号と組み合わせて、２２１４において修正された剪断要素駆動信号を生成することができる。２２１６において、修正された剪断要素駆動信号を１つ以上の剪断要素に印加することができ、クランプ要素駆動信号をクランプ要素に印加することができる。再び２２１２を参照すると、変位が事前選択された閾値を下回っていない場合（例えば、変位が１０ｎｍ～１００ｎｍの間の値より大きい場合）、次いで、移動体要素の変位を使用して、２２０６における追加の補償信号を決定することができる。動作２２０６から２２１２は、移動体要素の変位が事前選択された閾値を下回るまで繰り返すことができる。
【0097】
実施例１９
図２３および以下の考察は、開示された技術が実施され得る例示的なコンピューティング環境の簡潔で一般的な説明を提供することを意図している。例えば、コントローラ２５２は、以下に説明するコンピューティング環境と同様に構成することができる。さらに、開示される技術は、携帯デバイス、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースの、またはプログラム可能な消費者電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む他のコンピュータシステム構成で実施することができる。開示された技術はまた、タスクが通信ネットワークを介してリンクされているリモート処理デバイスによって実行される分散型コンピュータ環境においても実行することができる。
図２３および以下の考察は、開示された技術が実施され得る例示的なコンピューティング環境の簡潔で一般的な説明を提供することを意図している。例えば、コントローラ２５２は、以下に説明するコンピューティング環境と同様に構成することができる。さらに、開示される技術は、携帯デバイス、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースの、またはプログラム可能な消費者電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどを含む他のコンピュータシステム構成で実施することができる。開示された技術はまた、タスクが通信ネットワークを介してリンクされているリモート処理デバイスによって実行される分散型コンピュータ環境においても実行することができる。
【0098】
図２３を参照すると、開示された技術を実施する例示的なシステムは、１つ以上の処理ユニット２３０２、システムメモリ２３０４およびシステムメモリ２３０４を含む様々なシステム構成要素を１つ以上の処理ユニット２３０２を結合するシステムバス２３０６を含み、例示的な汎用ＰＣ２３００の形態である、汎用コントローラを含む。システムバス２３０６は、様々なバスアーキテクチャのうちの任意のものを使用した、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、およびローカルバスを含む数種のバス構造物のうちのいずれかであってもよい。例示的なシステムメモリ２３０４は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）２３０８およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３１０を含む。ＲＯＭ２３０８には、ＰＣ２３００内の要素間の情報の転送を助ける基本ルーチンを包有する基本入出力システム（ＢＩＯＳ）２３１２が格納されている。図２３の例では、ＳＥＭおよびＦＩＢの位置決めシステム、画像化、処理、および他の動作モードの動きを制御するためのデータおよびプロセッサ実行可能命令は、メモリ２３１０Ａに格納され、ビーム成分を識別し、かつ定量化するためのデータおよびプロセッサ実行可能命令は、メモリ２３１０Ａに格納される。
【0099】
例示的なＰＣ２３００は、さらに、ハードディスクから読み書きするためのハードディスクドライブ、取り外し可能な磁気ディスクから読み書きするための磁気ディスクドライブ、および光ディスクドライブなどの１つ以上の記憶デバイス２３３０を含む。このような記憶デバイスは、それぞれ、ハードディスクドライブインターフェース、磁気ディスクドライブインターフェース、および光学ドライブインターフェースによってシステムバス２３０６に接続することができる。ドライブおよび関連するコンピュータ可読媒体は、ＰＣ２３００用のコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの不揮発性ストレージを提供する。他のタイプのコンピュータ可読媒体は、磁気カセット、フラッシュメモリカード、デジタルビデオディスクなどの、ＰＣによってアクセス可能なデータを記憶することができる。
【0100】
いくつかのプログラムモジュールは、オペレーティングシステム、１つ以上のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュール、およびプログラムデータを含む記憶デバイス２３３０に格納されることができる。ユーザは、キーボードなどの１つ以上の入力デバイス２３４０およびマウスなどのポインティングデバイスを介して、コマンドおよび情報をＰＣ２３００に入力することができる。モニタ２３４６または他のタイプのディスプレイデバイスもまた、ビデオアダプタなどのインターフェースを介してシステムバス２３０６に接続される。
【0101】
ＰＣ２３００は、リモートコンピュータ２３６０などの１つ以上のリモートコンピュータへの論理接続を使用してネットワーク環境で動作することができる。いくつかの例では、１つ以上のネットワークまたは通信接続２３５０が含まれる。リモートコンピュータ２３６０は、別のＰＣ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、またはピアデバイスまたは他の共通ネットワークノードであってもよく、典型的には、ＰＣ２３００に関して上述した要素の多くまたはすべてを含むが、図２３には記憶デバイス２３６２のみ図示されている。パーソナルコンピュータ２３００および／またはリモートコンピュータ２３６０は、論理ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）およびワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に接続することができる。
【0102】
実施例２０
図２４は、前述のプロセスを実施するための制御システム２４００の代表的な実施形態を示している。制御システムは、クランプ信号発生器２４０２、剪断信号発生器２４０４、およびルックアップテーブル（ＬＵＴ）２４０６を備えることができる。
図２４は、前述のプロセスを実施するための制御システム２４００の代表的な実施形態を示している。制御システムは、クランプ信号発生器２４０２、剪断信号発生器２４０４、およびルックアップテーブル（ＬＵＴ）２４０６を備えることができる。
【0103】
クランプ信号発生器は、駆動ユニット２４０８の１つ以上のクランプ要素に印加される１つ以上のクランプ要素駆動信号（複数可）を生成するように構成することができる。例えば、クランプ信号発生器２４０２は、第１のクランプ要素（例えば、図７Ａ～７Ｄの要素７１６）を駆動することができる第１のクランプ要素駆動信号２４１０、および、第２のクランプ要素（例えば、図７Ａ～７Ｄのクランプ要素７２０）を駆動することができる第２のクランプ要素駆動信号２４１２とを生成することができる。いくつかの実施形態では、クランプ信号発生器はまた、クランプＬＵＴを備えることができる。クランプＬＵＴは、転流角αを入力として受信し、クランプ駆動信号（複数可）（電圧など）を出力として生成することができる。いくつかの実施形態では、第１および第２のクランプ要素駆動信号２４１０、２４１２は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を使用して、デジタル信号からアナログ信号に変換することができる。
【0104】
剪断信号発生器は、１つ以上の初期剪断要素駆動信号（複数可）２４１４を生成するように構成することができる。ＬＵＴ２４０６は、補償または誤差補正信号２４１６のアレイを含むことができる。ＬＵＴは、事前計算されて静的プログラムストレージに格納されるか、制御システムの初期化フェーズの一部として計算されるか、またはアプリケーション固有のプラットフォームのハードウェアに格納することができる。使用中、制御システム２４００は、システム要件に基づいて、ＬＵＴから１つ以上の補償信号（複数可）２４１６を選択することができる。補償信号２４１６は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２４１８を使用して、デジタル信号からアナログ信号に変換することができる。変換された信号（複数可）２４２０は、加算接合部２４２２で初期剪断要素信号（複数可）２４１４と組み合わされて、１つ以上の修正された剪断要素駆動信号を生成することができる。例えば、図示の実施形態では、２つの修正された剪断要素駆動信号２４２４および２４２６が存在する。第１の剪断要素駆動信号２４２４は、剪断要素の第１のセット（例えば、図７Ａ～７Ｄの要素７０４ｂ、７０４ｃ、および７１４）を駆動することができ、第２の剪断要素駆動信号２４２６は、剪断要素の第２のセット（例えば、図７Ａ～７Ｄの要素７０６ｂ、７０６ｃ、および７１８）を駆動することができる。
【0105】
他の実施形態では、補償信号２４１６および初期剪断要素駆動信号（複数可）２１４１は、デジタル信号として加算接合部２４２２で組み合わせることができ、修正された剪断要素駆動信号２４２４および２４２６は、ＤＡＣを使用してアナログ信号に変換することができる。
【0106】
クランプ要素駆動信号（複数可）および修正された剪断要素駆動信号（複数可）を駆動ユニット２４０８に印加して、駆動ユニットの移動を生成することができる。信号、例えば、クランプ要素駆動信号（複数可）、初期剪断要素駆動信号（複数可）、補償信号（複数可）、および修正された剪断要素駆動信号（複数可）は制御システム２４００に印加された周波数ｆαに依存せずに機能することができる。
【0107】
実施例２１
図２５は、前述のプロセスを実施するための制御システム２５００の別の代表的な実施形態を示している。制御システム２５００は、クランプ信号発生器２５０２、剪断信号発生器２５０４、およびメモリユニット２５０８を備えるプロセッサ２５０６を備えることができる。
図２５は、前述のプロセスを実施するための制御システム２５００の別の代表的な実施形態を示している。制御システム２５００は、クランプ信号発生器２５０２、剪断信号発生器２５０４、およびメモリユニット２５０８を備えるプロセッサ２５０６を備えることができる。
【0108】
クランプ信号発生器は、駆動ユニット２５１０の１つ以上のクランプ要素に印加される１つ以上のクランプ要素駆動信号（複数可）を生成するように構成することができる。例えば、クランプ信号発生器２５０２は、第１のクランプ要素（例えば、図７Ａ～７Ｄの要素７１６）を駆動することができる第１のクランプ要素駆動信号２５１２、および、第２のクランプ要素（例えば、図７Ａ～７Ｄのクランプ要素７２０）を駆動することができる第２のクランプ要素駆動信号２５１４とを生成することができる。いくつかの実施形態では、クランプ信号発生器はまた、クランプＬＵＴを備えることができる。クランプＬＵＴは、転流角αを入力として受信し、クランプ駆動信号（複数可）（電圧など）を出力として生成することができる。いくつかの実施形態では、第１および第２のクランプ要素駆動信号２５１２、２５１４は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を使用して、デジタル信号からアナログ信号に変換することができる。
【0109】
剪断信号発生器は、１つ以上の初期剪断要素駆動信号（複数可）２５１６を生成するように構成することができる。プロセッサ２５０６は、１つ以上の誤差補正または補償信号（複数可）２５１８を生成するように構成することができる。補償信号２５１８は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２５２０を使用して、デジタル信号からアナログ信号に変換することができる。変換された信号（複数可）２５２２は、加算接合部２５２４で初期剪断要素信号（複数可）２５１６と組み合わされて、１つ以上の修正された剪断要素駆動信号を生成することができる。例えば、図示の実施形態では、２つの修正された剪断要素駆動信号２５２６および２５２８が存在する。第１の剪断要素駆動信号２４２４は、剪断要素の第１のセット（例えば、図７Ａ～７Ｄの要素７０４ｂ、７０４ｃ、および７１４）を駆動することができ、第２の剪断要素駆動信号２４２６は、剪断要素の第２のセット（例えば、図７Ａ～７Ｄの要素７０６ｂ、７０６ｃ、および７１８）を駆動することができる。
【0110】
クランプ要素駆動信号および修正された剪断要素駆動信号（複数可）は、駆動ユニット２５１０に印加されて、駆動ユニット２５１０に対する移動体要素の移動（例えば、変位）を生成することができる。移動体要素ｘｍの変位は、位置エンコーダ２５３０（上記の位置エンコーダ２４８および２５０と同様）を使用して測定することができる。プロセッサ２５０６は、変位ｘｍを使用して、補償信号２５１８を計算し、かつ／またはメモリ２５０８から事前計算された補償信号を選択することができる。例えば、プロセッサ２５０６は、変位ｘｍと逆剪断定数との積に基づいて補償信号を計算することができる。信号、例えば、クランプ要素駆動信号（複数可）、初期剪断要素駆動信号（複数可）、補償信号（複数可）、および修正された剪断要素駆動信号（複数可）は制御システム２５００に印加された周波数ｆαに依存せずに機能することができる。
【0111】
例示された実施形態を参照して開示の原理を記載し、かつ図示してきたが、例示された実施形態は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細を改変することができることが認識されるであろう。例えば、ソフトウェアにおいて示された例示された実施形態の要素は、ハードウェアで実装されてもよく、逆もまた同様である。また、任意の実施例からの技術は、他の実施例のうちの任意の１つ以上で記載された技術と組み合わせることができる。
【0112】
一般的な考慮事項
この説明の目的のために、本開示の実施形態の特定の態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。開示された方法、装置、およびシステムは、いかなる方法でも限定的であると解釈されるべきではない。むしろ、本開示は、単独で、ならびに互いとの様々な組み合わせおよび部分的な組み合わせで、様々な開示された実施形態のすべての新規性および非自明性および態様を対象とする。開示された方法、装置およびシステムは、任意の特定の態様もしくは特徴またはそれらの組み合わせに限定されず、任意の１つ以上の特定の利点が存在するか、または問題が解決されることも必要としない。
この説明の目的のために、本開示の実施形態の特定の態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。開示された方法、装置、およびシステムは、いかなる方法でも限定的であると解釈されるべきではない。むしろ、本開示は、単独で、ならびに互いとの様々な組み合わせおよび部分的な組み合わせで、様々な開示された実施形態のすべての新規性および非自明性および態様を対象とする。開示された方法、装置およびシステムは、任意の特定の態様もしくは特徴またはそれらの組み合わせに限定されず、任意の１つ以上の特定の利点が存在するか、または問題が解決されることも必要としない。
【0113】
開示された方法のいくつかの動作は、便宜上、特定の順番で記載されているが、以下に記載される具体的な文言によって特定の順序が要求されない限り、この説明方法が並び替えを包含することを理解されるものとする。例えば、順に記載される動作は、いくつかの場合では、並び替えられるかまたは同時に実施されてもよい。さらに、単純化のために、添付の図面は、開示された方法が、他の方法と共に使用され得る様々な方法を示さないことがある。加えて、説明は、開示された方法を説明するために、「提供する（ｐｒｏｖｉｄｅ）」および「達成する（ａｃｈｉｅｖｅ）」などの用語を使用することがある。これらの用語は、実施される実際の動作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の動作は、特定の実装態様に応じて、様々であり、当業者には容易に認識可能である。
【0114】
本明細書に記載のすべての特徴は、互いに独立しており、構造的に不可能な場合を除いて、本明細書に記載の他の任意の特徴と組み合わせて使用することができる。
【0115】
本出願および特許請求の範囲において使用される、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形も含む。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」を意味する。さらに、「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」および「関連する（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」という用語は、一般に、電気的、電磁的、かつ／または物理的に（例えば、機械的または化学的に）結合されるか、またはリンクされていることを意味し、特定の反対の文言がない結合された、または関連付けられたアイテム間の中間要素の存在を排除しない。
【0116】
以下の説明では、「上（ｕｐ）」、「下（ｄｏｗｎ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「左（ｌｅｆｔ）」、「右（ｒｉｇｈｔ）」などの特定の用語が使用され得る。これらの用語は、該当する場合、相対的な関係を扱うときに説明を明確にするために使用される。ただし、これらの用語は、絶対的な関係、位置、および／または方向を意味することを意図したものではない。例えば、オブジェクトに関しては、オブジェクトを裏返すだけで「上部」の表面を「下部」の表面にすることができる。それにもかかわらず、それはまだ同じオブジェクトである。
【0117】
特に明記しない限り、明細書または特許請求の範囲で使用される、材料の量、角度、圧力、分子量、パーセンテージ、温度、時間などを表すすべての数値は、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語によって修正されるものとして理解されるべきである。したがって、特に明記しない限り、暗黙的または明示的に、記載された数値パラメータは、当業者によく知られている試験条件／方法の下で求められる所望の特性および／または検出限界に依存し得る近似値である。実施形態を考察された先行技術から直接的かつ明示的に区別する場合、「約（ａｂｏｕｔ）」という単語が列挙されない限り、実施形態の番号は概算ではない。さらに、本明細書に記載されているすべての選択肢が同等であるわけではない。
【0118】
本開示の原理が適用され得る多数の可能な実施形態の観点では、図示された実施形態は好ましい実施例のみであり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないと認識すべきである。むしろ、本開示の範囲は、少なくとも以下の特許請求の範囲と同じくらい広い。したがって、我々はこれらの特許請求の範囲の範囲および趣旨内に含まれるすべてのものを特許請求する。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
