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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die Offenbarung betrifft eine Berechnungsvorrichtung, ein Berechnungsverfahren und ein Berechnungsprogramm für eine Position eines Antriebselements, die zum Antrieb oder dergleichen eines Probenobjekttisches eines Rastersondenmikroskops verwendet werden.
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2. Stand der Technik
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Ein Rastersondenmikroskop misst die Oberflächenform einer Probe, indem man eine Sonde an einem vorderen Ende einer Konsole nahe oder in Kontakt mit der Probenoberfläche anbringen lässt. Als Messmodi für das Rastersondenmikroskop sind (1) ein Kontaktmodus, bei dem eine Rasterkraft zwischen der Sonde und der Probe konstant gehalten und eine Oberflächenform der Probe gemessen wird, und (2) ein Verfahren (nachfolgend entsprechend als „dynamischer Kraftmodus (DFM Messmodus)” bezeichnet) bekannt, bei dem die Konsole gezwungen ist, um eine Resonanzfrequenz durch ein piezoelektrisches Element oder dergleichen in Schwingungen versetzt zu werden, wobei eine Form der Probe mittels der Tatsache gemessen wird, dass eine Amplitude der Sonde durch intermittierenden Kontakt zwischen beiden der zwei verringert wird, wenn die Sonde nahe an der Probe angeordnet ist.
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Das Rastersondenmikroskop ist mit einem Antriebselement versehen, das aufweist: ein piezoelektrisches Element, das die Probe in einer xy-Richtung (Ebene) abtastet; und ein piezoelektrisches Element, das die Probe in einer z-Richtung (Höhe) abtastet, wobei die Probe auf eine Oberfläche eines Probenobjekttisches gelegt wird, der an dem Antriebselement angeordnet ist. Eine an das piezoelektrische Element angelegte Spannung befindet sich in einem Verhältnis zu einer Verschiebung des piezoelektrischen Elements bis zu einem Ausmaß, wobei damit Höhennformationen der Probenoberfläche aus einer an das piezoelektrische Element angelegten Spannung berechnet werden können. Die Betriebseigenschaften des piezoelektrischen Elements weisen jedoch eine Hysterese oder Zeitdehnung auf, wobei es damit schwierig ist, eine genaue Position des piezoelektrischen Elements aus der angelegten Spannung zu erhalten. Daher wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem eine Verschiebung des piezoelektrischen Elements in der z-Richtung mittels eines Sensors erfasst wird, der getrennt von dem piezoelektrischen Element vorgesehen ist (Verweis auf
JP-A-9-80060 ).
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die oben beschriebene Technologie im Stand der Technik weist einige Nachteile auf. Im Allgemeinen ist die Auflösung einer Positionserfassung des Sensors niedriger als eine minimale Bewegungsgröße (Bewegungsauflösung) eines piezoelektrischen Elements. Damit ist ein hochauflösender Sensor notwendig, um eine sehr kleine Position des piezoelektrischen Elements genau zu erhalten, wobei ein solcher hochauflösender Sensor aber kostspielig sein und dieses zu einem Kostenanstieg führen kann. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem eine Auflösung des Sensors geringer ist als die Bewegungsauflösung des piezoelektrischen Elements, die Genauigkeit der Positionserfassung auf die Auflösung des Sensors begrenzt sein, wobei so die hohe Bewegungsauflösung des piezoelektrischen Elements nicht dargestellt werden kann.
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Daher stellen die erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Berechnungsvorrichtung, ein Berechnungsverfahren und ein Berechnungsprogramm für die Position eines Antriebselements bereit, die eine Position eines Bewegungsmechanismus mit hoher Genauigkeit berechnen können, selbst wenn eine Auflösung eines Bewegungsgrößen-Erfassungssensors kleiner ist als eine minimale Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus, wodurch die Kosten eines Antriebselements reduziert werden.
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Gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zum Berechnen einer Position eines Antriebselements bereitgestellt werden, wobei das Antriebselement umfasst: einen Bewegungsmechanismus, der so gestaltet ist, dass er sich in eine Richtung im Verhältnis zu einem Steuersignal bewegt, das für jede minimale Bewegungsgröße ΔM erzeugt wird; und einen Bewegungsgrößen-Erfassungssensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Bewegungsgröße eines Bewegungsmechanismus in einer minimalen Auflösung ΔS erfasst, wobei A = ΔS/ΔM ≥ 2 ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Signalerfassungseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie das Steuersignal für jede ΔM und ein Sensorsignal des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors erfasst; und eine Positionsberechnungseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie eine Position SA des Bewegungsmechanismus an einer Zielposition anhand des Steuersignals zu einem Zeitpunkt T1, an dem das Sensorsignal (S0 + m × ΔS) oder (S0 – m × ΔS) wird, wobei m eine natürliche Zahl von 1 oder größer ist, und/oder aus dem Steuersignal berechnet, das direkt von dem Zeitpunkt T1 erzeugt wurde, wobei das Steuersignal an der Zielposition des Bewegungsmechanismus durch M0 gekennzeichnet ist und das Sensorsignal durch S0 gekennzeichnet ist.
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Gemäß der Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements kann eine Position eines Bewegungsmechanismus mit hoher Genauigkeit berechnet werden, selbst wenn eine Auflösung eines Bewegungsgrößen-Erfassungssensors kleiner ist als eine minimale Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus, wodurch die Kosten eines Antriebselements reduziert werden.
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Nach einer weiteren erläuternden Ausführungsform kann die Positionsberechnungseinheit so eingerichtet sein, dass sie die Position SA mittels der folgenden Gleichung 1 berechnet, SA = (S0 + ΔS/2) – ΔS × (2n – 1)/2A, Gleichung 1 wobei n die Anzahl von erzeugten Steuersignalen vom Steuersignal M0 bis zu dem Steuersignal ist, das direkt vor T1 erzeugt wird, und 1 ≤ n ≤ m × A ist.
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Nach einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zum Berechnen einer Position eines Antriebselements zur Verfügung gestellt werden, wobei das Antriebselement umfasst: einen Bewegungs-mechanismus, der so eingerichtet ist, dass er sich in eine Richtung im Verhältnis zu einem Steuersignal bewegt, das für jede minimale Bewegungsgröße ΔM erzeugt wird; und einen Bewegungsgrößen-Erfassungssensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus in einer minimalen Auflösung ΔS erfasst, wobei A = ΔS/ΔM ≥ 2 ist, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine grob geschätzte Position des Bewegungsmechanismus aus dem Steuersignal berechnet, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Signalerfassungseinheit, die so eingerichtet ist, dass sie das Steuersignal für jede ΔM und ein Sensorsignal des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors erfasst; und eine Positionsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um: (i) einen minimalen Wert und einen maximalen Wert einer grob geschätzten Position des Bewegungsmechanismus für jedes der gleichen Sensorsignale aus den Steuersignalen zu berechnen, die jeweils zu einem oder mehreren unterschiedlichen Sensorsignalen gehörene; (ii) einen Schnittpunkt P zu Ermitteln, an dem eine Gerade oder eine quadratische Kurve, auf die eine Regressionsanalyse angewandt wird, die grob geschätzte Position bei M0 schneidet, wobei die Regressionsanalyse den minimalen Wert und den maximalen Wert als eine Variable und die Sensorsignale als die andere Variable aufweist; und (iii) eine Position SA des Bewegungsmechanismus an der Zielposition aus dem Schnittpunkt P zu berechnen, wobei das Steuersignal an der Zielposition des Bewegungsmechanismus durch M0 gekennzeichnet ist.
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Wenn sich ein Sensorsignal ändert, steigt das Sensorsignal nicht ebenmäßig um ΔS entsprechend einem Steuersignal an, wobei es damit schwierig ist, SA mittels der Gleichung 1 genau zu berechnen. Aus diesem Grund kann SA mit hoher Genauigkeit mittels der Regressionsanalyse berechnet werden.
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Nach einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Berechnen einer Position eines Antriebselements bereitgestellt werden, wobei das Antriebselement umfasst: einen Bewegungsmechanismus, der so eingerichtet ist, dass er sich in eine Richtung im Verhältnis zu einem Steuersignal bewegt, das für jede minimale Bewegungsgröße ΔM erzeugt wird; und einen Bewegungsgrößen-Erfassungssensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus in einer minimalen Auflösung ΔS erfasst, wobei A = ΔS/ΔM ≥ 2 ist, wobei das Verfahren umfasst: das Erfassen des Steuersignals für jede ΔM und außerdem das Erfassen eines Sensorsignals des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors; und das Berechnen einer Position SA des Bewegungsmechanismus an einer Zielposition anhand des Steuersignals zu einem Zeitpunkt T1, an dem das Sensorsignal (S0 + m × ΔS) oder (S0 – m × ΔS) wird, wobei m eine natürliche Zahl von 1 oder größer ist, und/oder aus einem direkt vor dem Zeitpunkt T1 erzeugten Steuersignal, wobei das Steuersignal an der Zielposition des Bewegungsmechanismus durch M0 gekennzeichnet ist und das Sensorsignal durch S0 gekennzeichnet ist.
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Nach einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Berechnen der Position das Berechnen der Position SA durch Verwendung der folgenden Gleichung 1 beinhalten, SA = (S0 + ΔS/2) – ΔS × (2n – 1)/2A, Gleichung 1 wobei n die Anzahl von erzeugten Steuersignalen vom Steuersignal M0 bis zu dem Steuersignal ist, das direkt vor T1 erzeugt wird, und 1 ≤ n ≤ m × A ist.
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Nach einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Berechnen einer Position eines Antriebselements bereitgestellt werden, wobei das Antriebselement umfasst: einen Bewegungsmechanismus, der so eingerichtet ist, dass er sich in eine Richtung im Verhältnis zu einem Steuersignal bewegt, das für jede minimale Bewegungsgröße ΔM erzeugt wird; und einen Bewegungsgrößen-Erfassungssensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus in einer minimalen Auflösung ΔS erfasst, wobei A = ΔS/ΔM ≥ 2 ist, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine grob geschätzte Position des Bewegungsmechanismus anhand des Steuersignals berechnet, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen des Steuersignals für jede ΔM und eines Sensorsignals des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors; Berechnen eines minimalen Wertes und eines maximalen Wertes einer grob geschätzten Position des Bewegungsmechanismus für jedes der gleichen Sensorsignale aus den Steuersignalen, die jeweils zu einem oder mehreren unterschiedlichen Sensorsignalen gehören; Ermitteln eines Schnittpunktes P, an dem eine Gerade oder eine quadratische Kurve, auf die eine Regressionsanalyse angewandt wird, die grob geschätzte Position bei M0 schneidet, wobei die Regressionsanalyse den minimalen Wert und den maximalen Wert als eine Variable und die Sensorsignale als die andere Variable aufweist; und das Berechnen einer Position SA des Bewegungsmechanismus an der Zielposition aus dem Schnittpunkt P, wobei das Steuersignal an der Zielposition des Bewegungsmechanismus durch M0 gekennzeichnet ist.
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Gemäß einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Programm zum Berechnen einer Position eines Antriebselements bereitgestellt werden, wobei das Antriebselement umfasst: einen Bewegungsmechanismus, der so eingerichtet ist, dass er sich in eine Richtung im Verhältnis zu einem Steuersignal bewegt, das für jede minimale Bewegungsgröße ΔM erzeugt wird; und einen Bewegungsgrößen-Erfassungssensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus in einer minimalen Auflösung ΔS erfasst, wobei A = ΔS/ΔM ≥ 2 ist, wobei das Programm den Computer ausführen lässt: Erfassen des Steuersignals für jede ΔM und eines Sensorsignals des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors; und Berechnen einer Position SA des Bewegungsmechanismus an einer Zielposition anhand des Steuersignals zu einem Zeitpunkt T1, an dem das Sensorsignal (S0 + m × ΔS) oder (S0 – m × ΔS) wird, wobei m eine natürliche Zahl von 1 oder größer ist, und/oder aus dem Steuersignal, das direkt vor dem Zeitpunkt T1 erzeugt wurde, wobei das Steuersignal an der Zielposition des Bewegungsmechanismus durch M0 gekennzeichnet ist und das Sensorsignal durch S0 gekennzeichnet ist.
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Gemäß einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Berechnen der Position das Berechnen der Position SA durch Verwendung der folgenden Gleichung 1 umfassen, SA = (S0 + ΔS/2) – ΔS × (2n – 1)/2A, Gleichung 1 wobei n die Anzahl von erzeugten Steuersignalen vom Steuersignal M0 bis zu dem Steuersignal ist, das direkt vor T1 erzeugt wird, und 1 ≤ n ≤ m × A ist.
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Nach einer noch weiteren erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Programm, das eine Position eines Antriebselements berechnet, bereitgestellt werden, wobei das Antriebselement umfasst: einen Bewegungsmechanismus, der so eingerichtet ist, dass er sich in eine Richtung im Verhältnis zu einem Steuersignal bewegt, das für jede minimale Bewegungsgröße ΔM erzeugt wird; und einen Bewegungsgrößen-Erfassungssensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus in einer minimalen Auflösung ΔS erfasst, wobei A = ΔS/ΔM ≥ 2 ist, wobei das Programm den Computer ausführen lässt: Berechnen einer grob geschätzten Position des Bewegungsmechanismus aus dem Steuersignal; Erfassen des Steuersignals für jede ΔM und eines Sensorsignals des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors; Berechnen eines minimalen Wertes und eines maximalen Wertes einer grob geschätzten Position des Bewegungsmechanismus für jedes der gleichen Sensorsignale anhand der Steuersignale, die jeweils zu einem oder mehreren unterschiedlichen Sensorsignalen gehören; Ermitteln eines Schnittpunktes P, an dem eine Gerade oder eine quadratische Kurve, auf die eine Regressionsanalyse angewandt wird, die grob geschätzte Position an M0 schneidet, wobei die Regressionsanalyse den minimalen Wert und den maximalen Wert als eine Variable und die Sensorsignale als die andere Variable aufweist; und das Berechnen einer Position SA des Bewegungsmechanismus an der Zielposition aus dem Schnittpunkt P, wobei das Steuersignal an der Zielposition des Bewegungsmechanismus durch M0 gekennzeichnet ist.
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Gemäß den erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Position eines Bewegungsmechanismus mit hoher Genauigkeit zu berechnen, selbst wenn eine Auflösung eines Bewegungsgrößen-Erfassungssensors kleiner ist als eine Bewegungsauflösung des Bewegungsmechanismus, wodurch die Kosten eines Antriebselements reduziert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Rastersondenmikroskops mit einer Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements gemäß einem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Diagramm, das einen Prozess zum Berechnen einer Position eines piezoelektrischen Elements (Bewegungsmechanismus) in einer Z-Richtung in der Berechnungsvorrichtung für die Position des Antriebselements nach dem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
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3 eine teilweise Vergrößerung der Ansicht von 2;
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4 ein Diagramm, das einen Prozess zum Berechnen einer Position eines piezoelektrischen Elements (Bewegungsmechanismus) in einer Z-Richtung in der Berechnungsvorrichtung für die Position des Antriebselements nach dem zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
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5 eine teilweise Vergrößerung der Ansicht von 4.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden erläuternde Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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<Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements gemäß dem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel>
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1 ist ein Blockschaltbild eines Rastersondenmikroskops 100 mit einer Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements 17 gemäß einem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In 1 umfasst das Rastersondenmikroskop 100 eine Konsole 11 mit einer Sonde 22 an ihrem vorderen Ende; einen Objektträger 5, auf dem eine Probe 10 abgelegt ist, die so angeordnet ist, dass sie der Sonde 22 zugewandt ist; ein zylindrisches Antriebselement 1, das die Probe 10 (Objektträger 5) in dreidimensionaler Weise bewegt; eine Konsolenvibrationseinheit 12, die die Konsole 11 in Schwingungen versetzt; eine Vibrations-Energiequelle 13, die die Konsolenvibrationseinheit 12 antreibt; eine Steuereinheit (Berechnungsvorrichtung für die Position des Antriebselements) 17; und dergleichen.
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Das Antriebselement 1 weist ein piezoelektrisches Element 1a, das die Probe 10 in einer xy-Richtung (eine Ebene der Probe 10) abtastet, und ein piezoelektrisches Element 1b (das einem „Bewegungsmechanismus” in den Ansprüchen entspricht) auf, das die Probe 10 in einer z-Richtung (Höhe) abtastet, wobei ein Spiegel 2a auf einer hinteren Oberfläche des Objektträgers 5 im Antriebselement 1 installiert ist. Das piezoelektrische Element 1a ist mit einer XY-Antriebsquelle 18 verbunden, wobei ein vorgegebenes Steuersignal (Spannung) an die XY-Antriebsquelle 18 ausgegeben wird, um so das piezoelektrische Element 1a in der xy-Richtung anzutreiben. Ähnlich dazu ist das piezoelektrische Element 1b mit einer Z-Antriebsquelle 19 verbunden, wobei ein vorgegebenes Steuersignal (Spannung) an die Z-Antriebsquelle 19 ausgegeben wird, um so das piezoelektrische Element 1b in z-Richtung anzutreiben. Das piezoelektrische Element ist ein Element, in dem Kristalle verformt werden, wenn ein elektrisches Feld daran angelegt wird, wobei ein elektrisches Feld erzeugt wird, wenn die Kristalle durch eine äußere Kraft gezwungen werden, sich zu verformen. Als piezoelektrisches Element kann im Allgemeinen Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendet werden, welches eine Art von Keramik ist, es kann aber auch jedes beliebige Material verwendet werden.
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Innerhalb des Antriebselements 1 ist ein optischer Sensor (Bewegungsgrößen-Erfassungssensor) 2b angeordnet. Das von dem optischen Sensor 2b zum Spiegel 2a emittierte Licht wird reflektiert und zum optischen Sensor 2b zurückgeführt, womit eine Position (Verschiebung) der Probe 10 in z-Richtung erfasst wird. Der optische Sensor 2b weist zum Beispiel eine optische Faser und ein optisches Interferenzmessgerät auf. Der Bewegungsgrößen-Erfassungssensor ist nicht speziell begrenzt und kann weitere optische Sensoren oder einen elektrischen Sensor wie etwa einen kapazitiven Sensor oder einen Dehnungsmesser umfassen.
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Die Steuereinheit 17 ist zum Beispiel durch einen Arbeitsplatzcomputer gebildet und umfasst eine Steuerplatine zum Steuern des Betriebs des Rastersondenmikroskops 100, eine zentrale Steuereinheit (CPU) (ein Beispiel einer Signalerfassungseinheit oder einer Positionsberechnungseinheit), eine Speichereinheit wie etwa ein ROM oder ein RAM, eine Schnittstelle, ein Bedienteil und dergleichen.
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Zusätzlich wird die Konsole 11 durch eine Laserlicht-Bestrahlungseinheit 14 mit Laserlicht bestrahlt, wobei das durch die Konsole 11 reflektierte Laserlicht auf einen Fotodetektor 15 einfällt und eine Verschiebungsgröße der Konsole 11 durch eine Konsolenverschiebungs-Erfassungseinheit 16 von dessen Auftreffposition erfasst wird. Zusätzlich wird von der Steuereinheit 17 ein vorgegebenes Steuersignal an die Z-Antriebsquelle 19 ausgegeben, um so das piezoelektrische Element 1b anzutreiben, wodurch eine relative Position der Sonde 22 und der Probe 10 in der z-Richtung auf der Basis der durch die Konsolenverschiebungs-Erfassungseinheit 16 erfassten Verschiebung der Konsole 11 gesteuert wird. Mit anderen Worten, die Verschiebung der Konsole 11, die durch eine zwischen der Probe 10 und der Sonde 22 wirkenden Rasterkraft erzeugt wird, wird durch den oben beschriebenen Mechanismus erfasst, wobei eine relative Position zwischen der Sonde 22 und der Probe 10 so gesteuert wird, dass eine Verschiebungsgröße der Konsole 11 konstant gehalten wird.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf 2 und 3 und Tabelle 1 eine Beschreibung eines Verfahrens der Steuereinheit 17 gegeben, die eine Position des piezoelektrischen Elements (Bewegungsmechanismus) in z-Richtung berechnet. Zusätzlich beinhaltet Tabelle 1 Daten auf einer Kurve von 2.
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2 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einem Steuersignal (= einer grob geschätzten Position des piezoelektrischen Elements 1b), das an das piezoelektrische Element 1b ausgegeben wird, und einem Sensorsignal (= einer Messposition des piezoelektrischen Elements 1b) des optischen Sensors 2b. Eine winzige Verschiebung des piezoelektrischen Elements 1b ist proportional einem Steuersignal (Spannung), wobei damit eine grob geschätzte Position des piezoelektrischen Elements 1b anhand des Steuersignals berechnet werden kann. Die Betriebseigenschaften des piezoelektrischen Elements 1b weisen jedoch eine Hysterese oder Zeitdehnung auf, wobei so die grob geschätzte Position kein wahrer Wert des piezoelektrischen Elements 1b ist. Daher wird eine genaue Position des piezoelektrischen Elements 1b mittels des optischen Sensors 2b ermittelt.
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Wenn eine minimale Bewegungsgröße (Bewegungsauflösung) des piezoelektrischen Elements 1b durch ΔM gekennzeichnet wird und eine minimale Auflösung des optischen Sensors 2b durch ΔS gekennzeichnet wird, ergibt dies hier eine Beziehung A = ΔS/ΔM ≥ 2, wobei eine Auflösung der Positionserfassung des optischen Sensors 2b als niedriger angesehen wird als eine Bewegungsauflösung des piezoelektrischen Elements 1b.
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Ein Bereich von 2 ≤ A ≤ 100.000 wird bevorzugt, wobei noch mehr ein Bereich von 2 ≤ A ≤ 1.000 vorzuziehen ist. Zusätzlich zeigt das piezoelektrische Element 1b eine Verschiebung von zum Beispiel 10 μm/100 V und kann in einem Bereich von 10 μV bis 100 μV als eine minimale Bewegungsgröße gesteuert werden. Daher beträgt die Bewegungsauflösung ΔM des piezoelektrischen Elements 1b: 10 μm: 100 V = ΔM: 10 μV bis 100 μV
ΔM = (0,0001 μV·V bis 0,00 μV·V)/100 V
= 1 bis 10 pm.
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Andererseits weiß man, dass eine Auflösung des optischen Sensors 2b allgemein etwa 0,05 bis 500 nm (50 bis 500.000 pm) beträgt, wobei es insbesondere für die Verwendung im Rastersondenmikroskop erforderlich ist, dass eine Auflösung des optischen Sensors 2b eine hohe Auflösung von ΔS = 50 bis 1.000 pm beträgt. Daher wird A anhand dieses Wertes ΔS/ΔM = (50 bis 1.000 pm)/(1 bis 10 pm) = 5 bis 1.000.
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ΔM wird als ein Maximum eines Bereiches von 0,1 bis 100 pm angesehen, wobei ΔS als ein Maximum eines Bereiches von 50 bis 500000 pm angesehen wird, was somit einen Bereich von 0,5 ≤ A ≤ 5000000 ergibt. In Anbetracht tatsächlicher Bereiche von ΔM und ΔS im Rastersondenmikroskop wird jedoch ein Bereich von 2 ≤ A ≤ 100000 bevorzugt, wobei ein Bereich von 2 ≤ A ≤ 1000 noch mehr vorzuziehen ist.
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Zusätzlich ist nach den Beispiel von
2 A = 5 (ΔM = 100 μV = 10 pm und ΔS = 50 pm). Tabelle 1
| Steuersignal | Grob geschätzte Position des Bewegungsmechanismus | Sensorsignal |
| Ma | 5 | 0 |
| Mb | 10 | 0 |
| Mc | 15 | 25 |
| M0 | 20 | 25 |
| M1 | 25 | 25 |
| M2 | 30 | 25 |
| M3 | 35 | 25 |
| M4 | 40 | 50 |
| M5 | 45 | 50 |
| M6 | 50 | 50 |
| M7 | 55 | 50 |
| M8 | 60 | 50 |
| M9 | 65 | 75 |
| M10 | 70 | 75 |
| M11 | 75 | 75 |
| M12 | 80 | 75 |
| M13 | 85 | 75 |
| M14 | 90 | 100 |
| M15 | 95 | 100 |
| M16 | 100 | 100 |
| M17 | 105 | 100 |
| M18 | 110 | 100 |
| M19 | 115 | 125 |
| M20 | 120 | 125 |
| M21 | 125 | 125 |
| M22 | 130 | 125 |
| M23 | 135 | 125 |
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In diesem Fall ist ΔM hinsichtlich einer Auflösung fünfmal höher als ΔS, wie in 2 dargestellt ist. Wenn daher das piezoelektrische Element 1b um eine Größenordnung entsprechend 5 × ΔM in eine Richtung (was „einer Richtung” in den Ansprüchen entspricht) verschoben wird, in der die Sonde 22 von der Probe 10 getrennt ist, führt dies zur Auflösung ΔS des optischen Sensors 2b. Damit wird die Verschiebung durch den optischen Sensor 2b erfasst, wobei sich ein Sensorsignal um ΔS ändert. Mit anderen Worten, in einem Fall, wo das piezoelektrische Element 1b in die Richtung bewegt wird, in der die Sonde 22 von der Probe 10 getrennt ist, erhöht sich ΔS auf der Längsachse (Sensorsignal) jedes Mal, wenn fünf Steuersignale auf der Querachse von 2 erzeugt werden, womit die Kurve eine Stufenform aufweist (die schwarzen Kreise in 2). Wenn zusätzlich das piezoelektrische Element 1b in eine Richtung bewegt wird, in der sich die Sonde 22 nahe der Probe 10 befindet, gibt es einen Fall, in dem die Sonde 22 oder die Probe 10 beschädigt werden, womit deren Bewegungsrichtung auf die Richtung begrenzt ist, iwo die Sonde 22 von der Probe 10 getrennt ist. In einem Fall, bei dem die vorliegende Erfindung jedoch auf andere Geräte als dem Rastersondenmikroskop angewandt wird, kann die Bewegung in eine entgegengesetzte Richtung ausgeführt werden, solange die Bewegung in einer Richtung ausgeführt wird (eine positive Richtung eines Sensorsignals ist eine Richtung, in der sich der Bewegungsmechanismus zusammenzieht).
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Daher teilt die Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements nach der ersten erläuternden Ausführungsform ein Sensorsignal des optischen Sensors 2b proportional auf der Basis der hohen Bewegungsauflösung des piezoelektrischen Elements 1b, um so die Position SA des piezoelektrischen Elements 1b mit hoher Genauigkeit zu schätzen (berechnen). Speziell wird, wie es in 2 dargestellt ist, eine genaue Position SA entsprechend einem Steuersignal M0 des piezoelektrischen Elements 1b auf einer extrapolierten Linie L1 berechnet, die durch Darstellung eines Sensorsignals mit Bezug auf eine grob geschätzte Position erhalten wird.
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Zusätzlich ist die extrapolierte Linie L1 eine lineare Funktion, die eine grob geschätzte Position des piezoelektrischen Elements 1b mit einem Sensorsignal in eine Wechselbeziehung bringt, wobei im Fall von 2 deren Neigung ΔS/(A × ΔM) = 1 ist.
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In 2 ist ein Steuersignal an einer Zielposition des piezoelektrischen Elements 1b durch M0 und ein Sensorsignal durch SO gekennzeichnet. Die Zielposition des piezoelektrischen Elements 1b ist eine Position, in der eine genaue Position SA des piezoelektrischen Elements erhalten werden soll.
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Ein Fall zum Ermitteln der Position SA entspricht dem folgenden SIS Modus. Wenn zum Beispiel in einem Fall, wo eine Messung mit dem Rastersondenmikroskop von 1 in dem oben beschriebenen DFM Messmodus durchgeführt wird, die Sonde jederzeit mit der Probe in Kontakt gebracht wird, gibt es Bedenken, dass die Sonde oder die Konsole durch eine von einer schrägen Oberfläche der Probe mit großen Aushöhlungen oder Wölbungen aufgenommenen Kraft in Querrichtung gebogen werden kann. Daher gibt es einen Modus, der als intelligenter Probenabtastmodus (SIS-Modus) bekannt ist, wobei in diesem Modus ein Rückzugsvorgang automatisch durchgeführt wird, bei dem die Sonde und die Probe einander nur während einer Datenerfassung berühren, wobei die Sonde mit hoher Geschwindigkeit in eine horizontale Richtung bewegt wird, während sie in anderen Fällen über der Probe zurückgezogen wird, und die Abtastgeschwindigkeit der Sonde reduziert ist, wobei damit die Sonde von der Probenoberfläche in einem Fall angehoben wird, wo die Sonde die Probenoberfläche zu berühren scheint.
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Nachdem die Daten im SIS Modus wie oben gewonnen wurden, wird ein Vorgang zum Trennen von Sonde und Probe voneinander durchgeführt, wobei die vorliegende Erfindung auf den Trennungsvorgang angewandt wird. Mit anderen Worten, das piezoelektrische Element 1b wird um ΔM in einer Richtung betrieben, in der die Sonde 22 von der Probe 10 getrennt ist, bis das Sensorsignal S0 während der Datenerfassung um (S0 + ΔS) erhöht ist, wobei SA in dem folgenden Verfahren berechnet wird. Zusätzlich wird wiederum eine Messung im SIS Modus bis zu der Position SA durchgeführt. Anders als im normalen DFM Messmodus wird im SIS Modus zum Durchführen eines Trennvorgangs der Sonde von der Probe, nachdem Daten gewonnen wurden, eine Messung gemäß der vorliegenden Erfindung während des Vorgangs durchgeführt, womit es möglich ist, die Messgenauigkeit ohne Reduzierung der Messleistung zu erhöhen.
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Wie in 3, die eine teilweise Vergrößerung der Ansicht von 2 ist, dargestellt ist, beträgt die Anzahl n der erzeugten Steuersignale von einem Steuersignal M0 bis zu einem Steuersignal M3, das direkt vor einem Zeitpunkt T1 erzeugt wurde, wenn das Sensorsignal auf (S0 + ΔS) ansteigt, 3. SA kann von einem Schnittpunkt zwischen M0 zu diesem Zeitpunkt und der extrapolierten Linie L1 berechnet werden. Wenn zunächst ein Abstand auf der Querachse vom Zeitpunkt T1 bis M0 ermittelt wird, beträgt jedes Intervall auf der Querachse zwischen den benachbarten Steuersignalen Mc und M0 bis M3 (siehe Tabelle 1) ΔM (= 2 ΔM/2) an dem Sensorsignal S0. Andererseits beträgt ein Intervall zwischen dem Steuersignal M3 und dem Steuersignal M4 nachdem das Sensorsignal auf (S0 + ΔS) ansteigt, ebenfalls ΔM, wobei aber der Zeitpunkt T1 zwischen M3 und M4 vorhanden ist und damit ein Intervall zwischen dem Zeitpunkt T1 und M3 ΔM/2 beträgt. Dies gilt auch für das Steuersignal Mc.
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Aus diesem Grund ist ein Abstand auf der Querachse vom Zeitpunkt T1 bis M3 ΔM/2 (das heißt {ΔM/2 + (2ΔM/2) × 0}), ein Abstand auf der Querachse vom Zeitpunkt T1 bis M2 beträgt {ΔM/2 + (2ΔM/2) × 1} und ein Abstand auf der Querachse vom Zeitpunkt T1 bis M1 ist {ΔM/2 + (2ΔM/2) × 2}. Zusätzlich ist n = 1, 2 und 3 bei M3, M2 bzw. M1. Wenn von hier ein Abstand auf der Querachse vom Zeitpunkt T1 bis zu einem speziellen Steuersignal Mx (wobei x ein Index eines Sensorsignals in Tabelle 1 ist) verallgemeinert wird, führt dies zu {ΔM/2 + (2ΔM/2) × (n – 1)} = {(ΔM/2) × (2n – 1)}.
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Da hier ein Wert des Sensorsignals am Schnittpunkt zwischen dem Zeitpunkt T1 und der extrapolierten Linie L1 (S0 + ΔS/2) beträgt, ist ein Wert, der durch Abziehen eines Abstands auf der Querachse von dem Zeitpunkt T1 bis Mx von (S0 + ΔS/2) erhalten wurde, der Wert SA (das heißt, eine genaue Position des piezoelektrischen Elements 1b beim Steuersignal Mx) des Sensorsignals am Schnittpunkt zwischen Mx und der extrapolierten Linie L1. Dies wird durch die Gleichung 1 wie folgt ausgedrückt. SA = (S0 + ΔS/2) – {(ΔM/2) × (2n – 1)}
= (S0 + ΔS/2) – {((ΔS/A)/2) × (2n – 1)}
= (S0 + ΔS/2) – ΔS × (2n – 1)/2A (1) (wobei n die Anzahl der erzeugten Steuersignale von M0 bis zu einem Steuersignal direkt vor T1 kennzeichnet und 1 ≤ n ≤ m × A ist). Zusätzlich kennzeichnet m einen ganzzahligen Wert (natürliche Zahl von 1 oder größer), wenn das Sensorsignal von S0 auf ein ganzzahliges Vielfaches von ΔS ansteigt, wobei in dem Beispiel von 2 und 3 m = 1 ist.
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In dem Beispiel von 2 und 3 und Tabelle 1 beträgt die grob geschätzte Position des piezoelektrischen Elements 1b beim Steuersignal M0 20. S0 = 25, ΔS = 25 und A = 5, wobei damit SA wie folgt berechnet wird. SA = (S0 + ΔS/2) – ΔS ×× (2n – 1)/2A
= (25 + 25/2) – 25 × (2 × 4-1)/10
= (25 + 25/2) – 25 × 7/10
= (25) – 25 × 1/5 = 20
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Mit anderen Worten, SA ist ΔM niedriger als S0, wie in 3 dargestellt ist.
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Zusätzlich wurde in dem Beispiel ein Fall beschrieben, in dem m = 1 ist, wobei dies aber auch für einen Fall gilt, wo m ≥ 2 ist. Wenn m ≥ 2 ist, wird eine Verschiebung in einem langen Abstand des piezoelektrischen Elements 1b verwendet, um SA zu berechnen, womit SA mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden kann, selbst wenn sich das Sensorsignal aufgrund eines Störungseinflusses oder dergleichen verändert. Wenn jedoch m ≥ 2 ist, muss die Verschiebung des piezoelektrischen Elements 1b ausgedehnt werden, wobei m damit vorzugsweise klein ist, um SA mit einer winzigen Verschiebung des piezoelektrischen Elements 1b schnell zu berechnen.
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Obwohl im oben beschriebenen Beispiel die Anzahl der erzeugten Steuersignale vom direkt vor T1 erzeugten Steuersignal M3 bis zu dem Steuersignal M0 gezählt und SA berechnet wird, kann die Anzahl der erzeugten Steuersignale vom Steuersignal M4 bei T1 bis zum Steuersignal M0 gezählt werden, wobei SA berechnet werden kann. Im letzteren Fall wird n um 1 erhöht.
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Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Vorgangs gegeben, der durch die Steuereinheit 17 durchgeführt wird (eine Signalerfassungseinheit oder eine Positionsberechnungseinheit).
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Zuerst gibt die Steuereinheit 17 ein Steuersignal an die Z-Antriebsquelle 19 für jede ΔM aus, um so das piezoelektrische Element 1b anzutreiben. Die Signalerfassungseinheit erfasst das Steuersignal für jede ΔM und erfasst außerdem ein Sensorsignal des optischen Sensors 2b. Es wird davon ausgegangen, dass die Signalerfassungseinheit auch das Sensorsignal zum Zeitpunkt der Erfassung des Steuersignals erfasst.
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Wenn ein Steuersignal an einer Zielposition durch M0 und ein Sensorsignal durch S0 gekennzeichnet ist, berechnet die Positionsberechnungseinheit eine Position SA des piezoelektrischen Elements 1b an der Zielposition aus einem Steuersignal M3, das direkt vor dem Zeitpunkt T1 erzeugt wurde, an dem das Sensorsignal (S0 + m × ΔS) oder (S0 – m × ΔS) wird, wobei m eine natürliche Zahl von 1 oder größer ist. Ein Berechnungsverfahren ist das gleiche wie das oben beschriebene, wobei m durch einen Bediener entsprechend eingestellt werden kann und auf einen vorgegebenen Wert als Standardwert eingestellt werden kann. Zusätzlich geht man davon aus, dass die Positionsberechnungseinheit einen Verhältniskoeffizienten eines Steuersignals (Spannung) und eine grob geschätzte Position des piezoelektrischen Elements 1b aus dem ROM oder dergleichen als einen bekannten Wert erfasst. Darüber hinaus wird Gleichung 1 im ROM oder dergleichen als ein Programm gespeichert, wobei die Positionsberechnungseinheit das Programm entsprechend lesen kann, um so die Berechnung nach Gleichung 1 durchzuführen.
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Übrigens wird M0 im normalen DFM-Messmodus zu einem Zeitpunkt erfasst, an dem die Sonde 22 an jedem Messpunkt in einer Oberfläche (horizontale Richtung) des Rastersondenmikroskops 100 erscheint. Darüber hinaus kann die Ankunft der Sonde 22 an jedem Messpunkt in der Oberfläche (horizontale Richtung) des Rastersondenmikroskops 100 durch die Steuereinheit 17 erfasst werden, die den XY-Antrieb des Antriebselements 1 steuert.
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M0 wird im SIS-Modus zu einem Zeitpunkt erfasst, wenn die Sonde 22 an jedem Messpunkt in einer Oberfläche (horizontale Richtung) des Rastersondenmikroskops auftritt, wobei die Sonde 22 der Probe 10 so nahe wird, dass sie eine angestrebte Amplitude aufweist.
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Wie oben gemäß dem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann selbst wenn die Auflösung des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors kleiner ist als die minimale Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus eine Position des Bewegungsmechanismus mit hoher Genauigkeit berechnet werden, wodurch Kosten reduziert werden.
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<Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements nach einem zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel>
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Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Berechnungsvorrichtung für die Position eines Antriebselements gemäß einem zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 und 5 und Tabelle 2 gegeben. Die Berechnungsvorrichtung für die Position des Antriebselements gemäß dem zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel ist jedoch die gleiche wie die nach dem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel, außer dass ein durch die Steuereinheit 17 durchgeführter Vorgang anders ist.
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Im ersten erläuternden Ausführungsbeispiel, wie in 2 und Tabelle 1 dargestellt ist, verändert sich das Sensorsignal nicht und steigt gleichmäßig um ΔS jedes Mal an, wenn fünf Steuersignale erzeugt werden, wobei damit die Kurve eine Stufenform hat. Wenn sich das Sensorsignal jedoch ändert, wie in 4 und Tabelle 2 dargestellt ist (der Teil in Klammern im Sensorsignal), steigt das Sensorsignal nicht gleichmäßig um ΔS an, selbst wenn fünf Steuersignale erzeugt werden. Daher weicht das Sensorsignal von der extrapolierten Linie L1 mit einer Neigung von 1 ab, womit es schwierig ist, eine genaue SA durch Verwendung von Gleichung 1 zu berechnen.
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Daher wird nach dem zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel, wie in
4 dargestellt ist, eine Gerade, die durch einen Mittelpunkt jeder Stufe hindurchfährt (Steuersignale, die zu dem gleichen Sensorsignal gehören) mittels einer Methode der kleinsten Quadrate ermittelt, wobei diese Gerade als eine extrapolierte Linie L2 festgesetzt ist, die eine Übereinstimmung zwischen einem Sensorsignal und einer grob geschätzten Position zeigt. Zusätzlich erhält man einen Schnittpunkt P, an dem die extrapolierte Linie L2 eine grob geschätzte Position bei M0 schneidet, wobei SA aus einem Abstand zwischen dem Schnittpunkt und einem Steuersignal an einer Zielposition berechnet wird. [Tabelle 2]
| Steuersignal | Grob geschätzte Position des Bewegungsmechanismus | Sensorsignal |
| Ma | 5 | 0 |
| Mb | 10 | [25] |
| Mc | 15 | 25 |
| M0 | 20 | [0] |
| M1 | 25 | 25 |
| M2 | 30 | 25 |
| M3 | 35 | [50] |
| M4 | 40 | [25] |
| M5 | 45 | 50 |
| M6 | 50 | 50 |
| M7 | 55 | 50 |
| M8 | 60 | [75] |
| M9 | 65 | 75 |
| M10 | 70 | 75 |
| M11 | 75 | 75 |
| M12 | 80 | [100] |
| M13 | 85 | [100] |
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Anhand der Steuersignale, die jeweils zu einem oder mehreren unterschiedlichen Sensorsignalen S0, S1 und S2 gehören, können speziell ein minimaler Wert und ein maximaler Wert einer grob geschätzten Position des piezoelektrischen Elements 1b für jedes der gleichen Sensorsignale S0, S1 und S2 berechnet werden.
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Zum Beispiel sind zu S0 gehörende Steuersignale fünf Signale einschließlich Mb, Mc, M1, M2 und M4, wobei damit Mb und M4 unter ihnen jeweils einem minimalen Wert und einem maximalen Wert einer grob geschätzten Position entsprechen. Daher werden ein minimaler Wert und ein maximaler Wert einer grob geschätzten Position auf der Basis des oben beschriebenen Verhältniskoeffizienten eines Steuersignals (Spannung) und einer grob geschätzten Position des piezoelektrischen Elements 1b berechnet.
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Ähnlich dazu sind zu S1 gehörende Steuersignale vier Signale einschließlich M3, M5, M6 und M7, womit M3 und M7 unter ihnen jeweils mit einem minimalen Wert und einem maximalen Wert einer grob geschätzten Position verbunden sind. Zusätzlich sind zu S2 gehörende Steuersignale vier Signale einschließlich M8, M9, M10 und M11, wobei damit M8 und M11 unter ihnen jeweils mit einem minimalen Wert und einem maximalen Wert einer grob geschätzten Position verbunden sind. Ferner ist die Anzahl der zu S1 und S2 gehörenden Steuersignale vier, womit eine von fünf, welches die festgesetzte Anzahl darstellt, frei ist. Darüber hinaus sollte zum Beispiel M4 ursprünglich zu S1 gehören, gehört aber zu S0.
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Zusätzlich wird durch Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate, bei der der minimale Wert und der maximale Wert als eine Variable und die Sensorsignale S0, S1 und S2 als die andere Variable festgesetzt sind, die extrapolierte Linie L2, die eine Summe von Quadraten von Resten aus dem minimalen Wert und dem maximalen Wert minimiert, berechnet.
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Als Nächstes wird, wie in 5 dargestellt ist, der Schnittpunkt P ermittelt, an dem die extrapolierte Linie L2 eine grob geschätzte Position bei M0 schneidet, wobei SA anhand des Schnittpunktes P berechnet wird.
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Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Vorgangs gegeben, der durch die Steuereinheit (die Signalerfassungseinheit oder die Positionsberechnungseinheit) 17 durchgeführt wird.
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Zuerst gibt die Steuereinheit 17 in der gleichen Weise wie nach dem ersten erläuternden Ausführungsbeispiel ein Steuersignal an die Z-Antriebsquelle 19 für jede ΔM aus, um so das piezoelektrische Element 1b anzutreiben. Die Signalerfassungseinheit erfasst das Steuersignal für jede ΔM und erfasst außerdem ein Sensorsignal des optischen Sensors 2b.
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Wenn ein Steuersignal an einer Zielposition durch M0 gekennzeichnet ist, wie oben beschrieben ist, berechnet die Positionsberechnungseinheit einen minimalen Wert und einen maximalen Wert einer grob geschätzten Position für jedes der gleichen Sensorsignale aus den Steuersignalen, die jeweils zu den Sensorsignalen S0, S1 und S2 gehören. Zusätzlich wird mittels der Methode der kleinsten Quadrate mit dem minimalen Wert und dem maximalen Wert als eine Variable und den Sensorsignalen als die andere Variable die extrapolierte Linie L2 berechnet. Ferner wird der Schnittpunkt P ermittelt, an dem die extrapolierte Linie L2 eine grob geschätzte Position an M0 schneidet, wobei die Position SA anhand des Schnittpunktes P berechnet wird.
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Wie oben gemäß dem zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann selbst wenn die Auflösung des Bewegungsgrößen-Erfassungssensors kleiner ist als die minimale Bewegungsgröße des Bewegungsmechanismus eine Position des Bewegungsmechanismus mit hoher Genauigkeit berechnet werden, wobei dadurch Kosten reduziert werden.
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Wenn sich, wie in 5 dargestellt, insbesondere das Sensorsignal ändert, weicht das Steuersignal M0 an der Zielposition beträchtlich von den beiden extrapolierten Linien L1 und L2 ab, womit SA nicht anhand der Gleichung 1 berechnet werden kann. Daher kann durch Ermitteln des Schnittpunktes P, an dem die extrapolierte Linie L2 eine grob geschätzte Position bei M0 schneidet, SA in der gleichen Weise wie in einem Fall berechnet werden, wo sich das Sensorsignal nicht ändert.
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Zusätzlich müssen im zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel Daten, die bei der Methode der kleinsten Quadrate zum Erhalten der extrapolierten Linie L2 verwendet werden, nicht notwendigerweise ein Steuersignal sein, das zu dem Sensorsignal S0 gehört. Wenn jedoch Steuersignale, die zum Sensorsignal SO gehören, das durch M0 ausgegeben wird (werden soll), nach der Methode der kleinsten Quadrate verwendet werden, werden Daten um M0 herum reflektiert, wobei dies vorzuziehen ist. Da M0 in diesem Fall das Sensorsignal S0 nicht selbst ausgibt, kann zum Beispiel ein Sensorsignal (in 5 gibt es nur S0, aber Mc und M1 können jeweils zu unterschiedlichen Sensorsignalen gehören), zu dem die Steuersignale Mc und M1 angrenzend an M0 gehören, so eingestellt werden, dass sie zwangsläufig in der Methode der kleinsten Quadrate verwendet werden.
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Ferner ist im zweiten erläuternden Ausführungsbeispiel die Regressionsanalyse, bei der ein minimaler Wert und ein maximaler Wert der grob geschätzten Position als eine Variable und die Sensorsignale als die andere Variable eingestellt werden, nicht auf die oben beschriebene Gerade beschränkt, sondern kann auch auf eine quadratische Kurve angewandt werden.
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Das piezoelektrische Element 1b wird weniger durch Hysterese bei einer Bewegung über einen kurzen Abstand beeinflusst und deren Bewegungsgröße kann mittels einer linearen Funktion einer Spannung angenähert werden, womit es möglich ist, die Regressionsanalyse (Methode der kleinsten Quadrate) durch Verwendung der oben beschriebenen Geraden durchzuführen. Wenn jedoch ein Bewegungsabstand des piezoelektrischen Elements 1b lang wird, nimmt der Einfluss von Hysterese zu, womit die Annäherung einer Bewegungsgröße als eine quadratische Funktion einer Spannung die Genauigkeit erhöhen kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erläuternden Ausführungsbeispiele beschränkt und kann zum Beispiel auf das piezoelektrische Element 1a angewandt werden, das in der xy-Richtung verschoben wird. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Rastersondenmikroskop beschränkt, sondern kann zum Beispiel auf ein Antriebselement eines Maskenanordnungsmechanismus eines Belichtungsgerätes, wie etwa ein Schrittmotor, angewandt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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