JP3349779B2 - Scanner system and scanning microscope using the same - Google Patents
Scanner system and scanning microscope using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業状の利用分野】 本発明は、例えば、走査トンネ
ル顕微鏡(STM)や原子間力顕微鏡(AFM)などの
走査型プローブ顕微鏡に適用され、プローブのような走
査部材を試料に走査させるスキャナシステムに関し、ま
た、このスキャナシステムを用いる走査型プローブ顕微
鏡に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope (STM) and an atomic force microscope (AFM), and scans a sample with a scanning member such as a probe. related to, or
In addition, a scanning probe microscope using this scanner system
About the mirror.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば特開昭62−130302号公報
における「サンプル表面の像を形成する方法及び装置」
のように、走査トンネル顕微鏡(STM)や原子間力顕
微鏡(AFM)など、簡単な構成で原子サイズレベルの
高い縦横分解能を有する走査型プローブ顕微鏡が提案さ
れている。2. Description of the Related Art For example, a "method and apparatus for forming an image of a sample surface" in JP-A-62-130302.
As described above, a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope (STM) and an atomic force microscope (AFM) having a simple structure and high vertical and horizontal resolution at the atomic size level has been proposed.
【0003】このような走査型プローブ顕微鏡で高い分
解能を実現するためには、プローブと試料との相対位置
を精度良くコントロールできるようなスキャナシステム
が必要である。一般には、スキャナシステムには圧電体
を用いた、トライポッド型またはチューブ型の圧電体ス
キャナが用いられている。In order to realize high resolution with such a scanning probe microscope, a scanner system that can control the relative position between the probe and the sample with high accuracy is required. In general, a tripod-type or tube-type piezoelectric scanner using a piezoelectric material is used in a scanner system.
【0004】このようなチューブ型の圧電体スキャナ
(チューブスキャナ)は、例えばチューブ状に形成され
た圧電体の内周面に単一の共通電極を設けるとともに、
外周面にはその周方向に4つの駆動電極を設けてなる。
かくして4つの駆動電極への電圧印加を適宜制御するこ
とにより、屈曲や伸縮などにより圧電体の自由端部を3
次元的に変位させることができる。圧電体の自由端部に
ステージを固着し、このステージにプローブまたは試料
を支持することにより、圧電体の端部の変位によってプ
ローブにより試料を走査させている。Such a tube-type piezoelectric scanner (tube scanner) is provided with a single common electrode on the inner peripheral surface of, for example, a tube-shaped piezoelectric body, and
The outer peripheral surface is provided with four drive electrodes in the circumferential direction.
Thus, by appropriately controlling the voltage application to the four drive electrodes, the free end of the piezoelectric body is bent by three times due to bending or expansion and contraction.
It can be displaced dimensionally. A stage is fixed to the free end of the piezoelectric body, and a probe or a sample is supported on the stage, so that the sample is scanned by the probe by displacement of the end of the piezoelectric body.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電体は、電
圧駆動を行ったときの変位にヒステリシスやクリープ等
の現象を示すことが良く知られている。従って、前述の
ような圧電体スキャナを用いてプローブや試料を走査さ
せた場合、ステージ(すなわちプローブや試料)の移動
特性は非直線性(電圧ー変位非線形特性)を示す。この
ような非直線性は、走査型プローブ顕微鏡においては、
観測像の歪みとして現れ、定量的な測定の妨げとなると
いう不具合がある。なお、走査部材としては、プローブ
のみならず、電子ビーム、光ビーム、超音波ビームをこ
こから放出する、例えば開口を有する他の部材が知られ
ている。However, it is well known that a piezoelectric body exhibits phenomena such as hysteresis and creep in displacement when voltage driving is performed. Therefore, when a probe or a sample is scanned using the above-described piezoelectric scanner, the movement characteristics of the stage (ie, the probe or the sample) exhibit non-linear characteristics (voltage-displacement nonlinear characteristics). Such non-linearity, in a scanning probe microscope,
There is a problem that it appears as distortion of the observed image and hinders quantitative measurement. As a scanning member, not only a probe but also another member having an opening, for example, which emits an electron beam, a light beam, and an ultrasonic beam, is known.
【0006】本発明の目的は、圧電体の変位に生じるヒ
ステリシスやクリープ等による影響を除去し、良好な走
査を行うことが可能なスキャナシステムと、このスキャ
ナシステムを用いる走査型プローブ顕微鏡を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to eliminate the influence of hysteresis and creep like caused the displacement of the piezoelectric body, a scanner system capable of performing a good scan, this scan
It is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope using a NAS system .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、走査型顕微鏡
に用いられるスキャナシステムであり、また、このスキ
ャナシステムを用いる走査型プローブ顕微鏡であり、走
査部材と試料とを相対的に走査するためのスキャナと、
このスキャナの固定端部に対する自由端部の変位を検出
するために、この自由端部に設けられたミラーと、前記
固定端部からミラーに光を照射して、ミラーの傾き角を
検出することにより、スキャナのxy変位を検出する光
学式変位検出手段とを備えたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a scanner system used in a scanning microscope and a scanning probe microscope using the scanner system, which scans a scanning member and a sample relatively. Scanner and
In order to detect the displacement of the free end with respect to the fixed end of the scanner, a mirror provided at the free end and light irradiating the mirror from the fixed end to detect a tilt angle of the mirror. And optical displacement detecting means for detecting the xy displacement of the scanner.
【0008】[0008]
【作用】スキャナの自由端部の変位を光学的に検出する
ことにより、この検出信号でスキャナ特有の変位を補償
することができるようにの走査型顕微鏡を構成すること
ができる。By optically detecting the displacement of the free end of the scanner, a scanning microscope capable of compensating for the displacement peculiar to the scanner can be constituted by this detection signal.
【0009】[0009]
【実施例】 以下、図面を参照して本発明の第1の実施
例につき説明する。図1はこの実施例に係るスキャナシ
ステムの概略構成を一部破断して示す図である。図中、
符号1はチューブ型の圧電体スキャナ(以下、スキャナ
と称する)を示す。このスキャナ1は、詳細な構成の図
示は省略しているが、チューブ状に、即ち、両端が開口
した円筒状に形成された圧電体の内周面に単一の共通電
極を設けるとともに、外周面にはその周方向に4つの駆
動電極を設けてなる。このスキャナ1は、その下端が固
定台2の上に固定されている。そして、このスキャナ1
の上端、即ち自由端には、ステージ3が開口を閉塞する
ようにして固定されている。このステージ3は上面と下
面とが正確に平行となるように形成されている。そし
て、このステージ3の下面には平面鏡4が、反射面を下
に向けて固定されている。前記固定台2には、スキャナ
1と同軸的に透孔2aが上面から下面に貫通するように
形成されている。この透孔2a内には、1/4波長板
5、並びにコリメータレンズ6が、前記平面鏡4と光軸
を一致いるようにして、配置されている。前記1/4波
長板5は、透孔2aの上方小径部に、また、コリメータ
レンズ6は下方大径部に夫々位置するようにして前記固
定台2に固定されている。そして、このコリメータレン
ズ6の下方には、図示しない支持手段により支持されて
偏光ビームスプリッタ7が配置されている。さらに、こ
の偏光ビームスプリッタ7の下方には、後述するポジシ
ョンディテクタ9が配設されている。この偏光ビームス
プリッタ7の側方には、光源8が配置されており、偏光
ビームスプリッタ7は、光源8より発せられた特定の振
動面を持った成分の光ビームを平面鏡4側へと反射す
る。また、偏光ビームスプリッタ7は、平面鏡4で反射
し戻ってきた光ビームを透過して、前記ポジションディ
テクタ9へと導く。Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a scanner system according to this embodiment, partially cut away. In the figure,
Reference numeral 1 denotes a tube-type piezoelectric scanner (hereinafter, referred to as a scanner). Although the detailed configuration of the scanner 1 is not shown, a single common electrode is provided on the inner peripheral surface of a tubular piezoelectric body, that is, a cylindrical body having both ends opened, The surface is provided with four drive electrodes in the circumferential direction. The scanner 1 has its lower end fixed on a fixed base 2. And this scanner 1
The stage 3 is fixed to the upper end, ie, the free end, of the opening so as to close the opening. The stage 3 is formed such that the upper surface and the lower surface are exactly parallel. A flat mirror 4 is fixed to the lower surface of the stage 3 with the reflecting surface facing downward. The fixed base 2 is formed with a through hole 2a coaxially with the scanner 1 so as to penetrate from the upper surface to the lower surface. A quarter-wave plate 5 and a collimator lens 6 are arranged in the through hole 2a so that the plane mirror 4 and the optical axis coincide with each other. The quarter-wave plate 5, the upper small-diameter portion of the through hole 2a, also, the collimator lens 6 is the solid so as to respectively positioned below the large diameter portion
It is fixed to the fixed base 2 . Below the collimator lens 6, a polarizing beam splitter 7 supported by support means (not shown) is disposed. Further, below the polarization beam splitter 7, a position detector 9 described later is provided. A light source 8 is disposed beside the polarization beam splitter 7, and the polarization beam splitter 7 reflects a light beam of a component having a specific vibration surface emitted from the light source 8 to the plane mirror 4 side. . The polarization beam splitter 7 transmits the light beam reflected by the plane mirror 4 and returned, and guides the light beam to the position detector 9.
【0010】前記光源8は、半導体レーザ8aと、この
半導体レーザ8aの射出側に順次設けられたレンズ8b
と、スペーシャルフィルタ8cとよりなる。半導体レー
ザ8aから発せられた光ビームはレンズ8bによってス
ペーシャルフィルタ8cの開口部に集光されて、このス
ペーシャルフィルタ8cを透過した光ビームは発散光と
なって偏光ビームスプリッタ7へと入射する。尚、符号
10は、半導体レーザ8aに電気的に接続されて、これ
を駆動して発光させるためのLDドライバを示す。The light source 8 comprises a semiconductor laser 8a and a lens 8b provided on the emission side of the semiconductor laser 8a.
And the spatial filter 8c. The light beam emitted from the semiconductor laser 8a is condensed on the opening of the spatial filter 8c by the lens 8b, and the light beam transmitted through the spatial filter 8c becomes divergent light and enters the polarization beam splitter 7. . Reference numeral 10 denotes an LD driver that is electrically connected to the semiconductor laser 8a and drives it to emit light.
【0011】前記ポジションディテクタ9は、受光面が
レンズ6の焦点面に位置するように配置され、即ち、レ
ンズからスペーシャルフィルタ8cと等光学距離の所に
配置され、偏光ビームスプリッタ7を透過した光ビーム
により受光面に集光スポットが形成される。そして、こ
のポジションディテクタ9は、この集光スポットの位置
を検出する。The position detector 9 is arranged such that the light receiving surface is located at the focal plane of the lens 6, that is, at an optical distance from the lens equal to the spatial filter 8c, and transmitted through the polarizing beam splitter 7. The light beam forms a focused spot on the light receiving surface. Then, the position detector 9 detects the position of the condensed spot.
【0012】符号11は、後述する非直線性補正手段1
1aを有するスキャンコントローラを示す。このスキャ
ンコントローラ11の入力側には、第1並びに第2の波
形発生器12、13、及び演算回路16の出力側が接続
されており、第1の波形発生器12で発生されるX方向
の参照電圧および第2の波形発生器13で発生されるY
方向の参照電圧に対して所定の処理(後述するフィード
バック制御のための処理や、スキャナ1の動きをXY方
向から回転させたりずらしたりするための処理など)を
行い、X方向およびY方向のそれぞれの制御信号を出力
する。このX方向およびY方向のそれぞれの制御信号
は、これの出力側に接続されたスキャナドライバ14へ
と供給される。これらスキャンコントローラ11と、第
1並びに第2の波形発生器12、13と、スキャナドラ
イバ14とによりスキャナ駆動/制御部18が構成され
ている。Reference numeral 11 denotes a non-linearity correcting means 1 to be described later.
1 shows a scan controller having 1a. The input side of the scan controller 11 is connected to the first and second waveform generators 12 and 13 and the output side of the arithmetic circuit 16 so that the reference in the X direction generated by the first waveform generator 12 can be referred to. Voltage and Y generated by the second waveform generator 13
A predetermined process (a process for feedback control described later, a process for rotating or shifting the movement of the scanner 1 from the XY directions, etc.) is performed on the reference voltage in the X direction and the X direction and the Y direction, respectively. Output a control signal. The respective control signals in the X and Y directions are supplied to a scanner driver 14 connected to the output side. A scanner drive / control unit 18 is configured by the scan controller 11, the first and second waveform generators 12 and 13, and the scanner driver 14.
【0013】このスキャナドライバ14の出力側は、前
記スキャナ1に接続されており、供給される制御信号に
て指示される状態にスキャナ1を変位させるように、ス
キャナ1の4つの駆動電極への選択的な電圧印加を行
う。The output side of the scanner driver 14 is connected to the scanner 1 and is connected to four drive electrodes of the scanner 1 so as to displace the scanner 1 to a state specified by a supplied control signal. Selective voltage application is performed.
【0014】前記ポジションディテクタ9の出力側と演
算回路16の入力側との間には、プリアンプ15が接続
され、ポジションディテクタ9の出力信号(スポットの
位置を示す信号)を増幅し、演算回路16へ供給する。
演算回路16は、増幅された、ポジションディテクタ9
の出力信号からスキャナ1の変位状態を求め、この変位
状態を示す変位信号をスキャンコントローラ11に供給
する。A preamplifier 15 is connected between the output side of the position detector 9 and the input side of the arithmetic circuit 16 to amplify the output signal (signal indicating the position of the spot) of the position detector 9 and Supply to
The arithmetic circuit 16 includes the amplified position detector 9
The displacement state of the scanner 1 is obtained from the output signal of the scanner 1, and a displacement signal indicating the displacement state is supplied to the scan controller 11.
【0015】前記スキャンコントローラ11の非直線性
補正手段11aは、演算回路16から供給される変位信
号に基づいて、生成する制御信号に所定の補正を加え
る。前記ポジションディテクタ9は、十字線を堺として
図2に示すように、縦受光面が4つの領域A,B,C,
Dに分割されており、各領域に入社する光ビームの光量
に対応する電気信号を得るようになった既知の4分割ホ
トディテクターよりなる。上記ポジションディテクタ9
と、ブリアンプ15と、演算回路16とでスキャナ変位
検出部19が構成されている。The non-linearity correcting means 11a of the scan controller 11 applies a predetermined correction to the generated control signal based on the displacement signal supplied from the arithmetic circuit 16. As shown in FIG. 2, the position detector 9 has four regions A, B, C,
D, which is a known four-division photodetector that can obtain an electric signal corresponding to the light amount of the light beam entering each area. The above position detector 9
, The preamplifier 15 and the arithmetic circuit 16 constitute a scanner displacement detector 19.
【0016】次に、以上のように構成されたスキャナシ
ステムの動作を説明する。まず、スキャナドライバ14
がスキャナ1の4つの駆動電極のいずれにも電圧を印加
していない状態では、スキャナ1は変位しておらず、基
準状態にある。またスキャナドライバ14が、スキャン
コントローラ11から出力される制御信号に基づいてス
キャナ1の4つの駆動電極に選択的に電圧印加を行う
と、その電圧印加の状態に応じた変位がスキャナ1に生
じる。Next, the operation of the scanner system configured as described above will be described. First, the scanner driver 14
When no voltage is applied to any of the four drive electrodes of the scanner 1, the scanner 1 is not displaced and is in the reference state. When the scanner driver 14 selectively applies a voltage to the four drive electrodes of the scanner 1 based on a control signal output from the scan controller 11, a displacement occurs in the scanner 1 according to the state of the voltage application.
【0017】光源8のスペーシャルフィルタ8cを透過
した、一方向の直線偏光成分を有する発散光ビームは、
偏光ビームスプリッタ7によって反射されて、レンズ6
に入射する。このレンズ6で入射発散光ビームは平行光
にされて、1/4波長板5に入射する、この1/4波長
板5で入射光ビームの直線偏光成分は円偏光成分に変換
される。1/4波長板5を透過した円偏光成分を有する
光ビームは、固定台2の透孔2aを出てスキャナ1の内
部へと入り、平面鏡4へ入射する。この入射光ビームは
平面鏡4で反射されて再度1/4波長板5に入射する。
光ビームは1/4波長板5で、前記ビームスプリッタ7
で反射されて1/4波長板5に入射する光ビームの直線
偏光成分とは方位角が90°回転した直線偏光成分を有
する光ビームとなって射出される。この射出平行光ビー
ムは、レンズ6で収束されながら偏光ビームスプリッタ
7を透過してポジションディテクタ9に入射し、ポジシ
ョンディテクタ9の受光面に集光スポットを形成する。A divergent light beam having a linear polarization component in one direction, which has passed through the spatial filter 8c of the light source 8,
The light reflected by the polarizing beam splitter 7
Incident on. The incident divergent light beam is converted into parallel light by the lens 6 and is incident on the 4 wavelength plate 5. The 偏光 wavelength plate 5 converts the linearly polarized light component of the incident light beam into a circularly polarized light component. The light beam having a circularly polarized component transmitted through the quarter-wave plate 5 exits the through hole 2 a of the fixed base 2, enters the inside of the scanner 1, and enters the plane mirror 4. This incident light beam is reflected by the plane mirror 4 and enters the quarter-wave plate 5 again.
The light beam is a quarter-wave plate 5, and the beam splitter 7
The linearly polarized light component of the light beam reflected on the λ / 4 plate 5 and incident on the 波長 wavelength plate 5 is emitted as a light beam having a linearly polarized light component whose azimuth is rotated by 90 °. The emitted parallel light beam passes through the polarizing beam splitter 7 while being converged by the lens 6, enters the position detector 9, and forms a focused spot on the light receiving surface of the position detector 9.
【0018】ここで、スキャナ1が変位していない場
合、集光スポットはポジションディテクタ9の受光面の
中央に形成される。即ち、夫々等しい光量の光ビームを
4つの領域A,B,C,Dに入射させている。Here, when the scanner 1 is not displaced, the focused spot is formed at the center of the light receiving surface of the position detector 9. That is, light beams having the same light amount are made to enter the four regions A, B, C, and D, respectively.
【0019】一方、スキャナ1が例えば図2に示すよう
に変位している場合、スキャナ1の内部に入射した光ビ
ームの光軸に対して平面鏡4が傾いている(例えば、X
方向にスキャナ1が変位した場合には平面鏡4はY軸を
中心として傾斜する)。従って、光ビームは、平面鏡4
に、斜めに入射し、これとは反対方向に反射される。具
体的には、スキャナ1の先端が基準状態に対してθの傾
きを有している場合、平面鏡4に入射した光ビームは、
入射光とは2θの角度をもって反射する。On the other hand, when the scanner 1 is displaced, for example, as shown in FIG. 2, the plane mirror 4 is inclined with respect to the optical axis of the light beam incident on the inside of the scanner 1 (for example, X
When the scanner 1 is displaced in the direction, the plane mirror 4 tilts around the Y axis.) Therefore, the light beam is transmitted to the plane mirror 4.
At an angle, and is reflected in the opposite direction. Specifically, when the tip of the scanner 1 has an inclination of θ with respect to the reference state, the light beam incident on the plane mirror 4 is
The incident light is reflected at an angle of 2θ.
【0020】平面鏡4で反射された光ビームは、1/4
波長板5で直線偏光とされたのち、レンズ6および偏光
ビームスプリッタ7を通って集光しながらポジションデ
ィテクタ9に入射し、ポジションディテクタ9の受光面
に集光スポットを形成するのに際して、光ビームは平面
鏡4において、入射光ビームに対して2θの角度で反射
しているために、集光スポットの形成位置は平面鏡4の
傾き方向に応じてポジションディテクタ9の中心からず
れる。The light beam reflected by the plane mirror 4 is 1 /
After being converted into linearly polarized light by the wave plate 5, the light is incident on the position detector 9 while being condensed through the lens 6 and the polarization beam splitter 7, and when forming a condensed spot on the light receiving surface of the position detector 9, the light beam Is reflected by the plane mirror 4 at an angle of 2θ with respect to the incident light beam, so that the position of the condensed spot is shifted from the center of the position detector 9 in accordance with the tilt direction of the plane mirror 4.
【0021】ここで、ポジションディテクタ9上でのス
ポットの形成位置のずれ量dと平面鏡4の傾き角θとの
間には、 d(θ)=f・tan(2θ)=2・f・θ …(1) なる関係がある。この式で、fはレンズ6の焦点距離で
ある。Here, between the displacement amount d of the spot forming position on the position detector 9 and the inclination angle θ of the plane mirror 4, d (θ) = ftan (2θ) = 2ffθ ... (1) There is a relationship as follows. In this equation, f is the focal length of the lens 6.
【0022】同様に、Y方向にスキャナ1が変位した場
合には平面鏡4はX軸を中心として傾斜するので、この
ときの傾斜角度をψとすると、このときのY方向の変位
量は次式で表される。Similarly, when the scanner 1 is displaced in the Y direction, the plane mirror 4 is inclined about the X axis. If the inclination angle at this time is ψ, the displacement amount in the Y direction at this time is as follows: It is represented by
【0023】 d(ψ)=f・tan(2φ)=2・f・ψ …(2) 従って、ポジションディテクタ9によりスポットの形成
位置のずれ量dを、各領域A,B,C,Dへの入射光量
の比較から、検出することにより、前記(1)式並びに
(2)式に基づいて平面鏡4の傾き角θ並びにψを求め
ることができる。また、スポットのずれ方向は平面鏡4
の傾き方向に対応するので、演算回路16ではポジショ
ンディテクタ9の出力信号に基づいて平面鏡4の傾き方
向を求める。演算回路16では、ポジションディテクタ
9の出力信号に基づいて上記の演算を行うことにより、
平面鏡4の傾き角θ並びに/もしくはψを求める。かく
して演算回路16では、平面鏡4の傾き角(θ,ψ)お
よび傾き方向、すなわちステージ3の傾き角および傾き
方向が特定され、ステージ3の状態が検出される。D (ψ) = f · tan (2φ) = 2 · f · ψ (2) Therefore, the displacement amount d of the spot formation position by the position detector 9 is transferred to each of the regions A, B, C, and D. By comparing the incident light amounts, the inclination angles θ and ψ of the plane mirror 4 can be obtained based on the expressions (1) and (2). In addition, the direction of displacement of the spot is the plane mirror 4.
Therefore, the arithmetic circuit 16 determines the tilt direction of the plane mirror 4 based on the output signal of the position detector 9. The arithmetic circuit 16 performs the above arithmetic based on the output signal of the position detector 9 to obtain
The inclination angle θ and / or ψ of the plane mirror 4 is obtained. Thus, the arithmetic circuit 16 specifies the tilt angle (θ, ψ) and tilt direction of the plane mirror 4, that is, the tilt angle and tilt direction of the stage 3, and detects the state of the stage 3.
【0024】演算回路16は、このように求めた情報
を、ステージ3のX方向およびY方向のそれぞれの変位
を表すモニタ信号に変換し、スキャンコントローラ11
に与える。具体的には、ポジションディテクタ9の4つ
の受光領域のそれぞれでの受光情報をA,B,C,Dと
すると、 dx=(A+D)−(B+C) …(3) dy=(A+B)−(C+D) …(4) なる式に基づいてモニタ信号dx,dyを得、これをス
キャンコントローラ11に与える。The arithmetic circuit 16 converts the information thus obtained into monitor signals representing the displacements of the stage 3 in the X and Y directions, respectively,
Give to. Specifically, assuming that light receiving information in each of the four light receiving regions of the position detector 9 is A, B, C, and D, dx = (A + D)-(B + C) (3) dy = (A + B)-( C + D)... (4) The monitor signals dx and dy are obtained based on the following formula, and are supplied to the scan controller 11.
【0025】スキャンコントローラ11では、第1並び
に第2の波形発生器12,13のそれぞれから出力され
る基準波形に基づき、ステージ3を所定状態に変位させ
るべくX方向およびY方向のそれぞれの制御信号を生成
し、この状態で非直線性制御手段11aがモニタ信号を
監視し、現在所望とするステージ3の状態とモニタ信号
が示す実際のステージ3の状態との偏差を求める。所望
とするステージ3の状態と実際のステージ3の状態との
間には、スキャナ1を構成する圧電体の変位に生じるヒ
ステリシスやクリープ等によって偏差が生じるので、非
直線性制御手段11aはこの偏差を求めるのである。そ
して、非直線性制御手段11aは、この偏差を補償する
ように制御信号を変化させる。すなわち、演算回路16
にて求められる実際のステージ3の状態が所望とする状
態となるようにフィードバック制御を行う。The scan controller 11 controls each of the control signals in the X and Y directions based on the reference waveforms output from the first and second waveform generators 12 and 13 to displace the stage 3 to a predetermined state. Is generated, and in this state, the non-linearity control means 11a monitors the monitor signal, and obtains a deviation between the currently desired state of the stage 3 and the actual state of the stage 3 indicated by the monitor signal. Since a deviation occurs between the desired state of the stage 3 and the actual state of the stage 3 due to hysteresis, creep, or the like occurring in the displacement of the piezoelectric body constituting the scanner 1, the nonlinearity control means 11a determines the deviation. Ask for. Then, the non-linearity control means 11a changes the control signal so as to compensate for this deviation. That is, the arithmetic circuit 16
The feedback control is performed so that the actual state of the stage 3 obtained by the above becomes the desired state.
【0026】かくして本実施例によれば、実際のステー
ジ3の状態(傾き角θおよび傾き方向)が光学的に検出
され、この検出される実際のステージ3の状態が所望の
状態となるようにフィードバック制御がなされるので、
スキャナ1を構成する圧電体の変位にヒステリシスやク
リープ等が生じていても、これがステージ3の変位に影
響することが防止され、ステージ3の状態を良好に制御
できる。Thus, according to the present embodiment, the actual state of the stage 3 (the tilt angle θ and the tilt direction) is optically detected, and the detected actual state of the stage 3 becomes the desired state. Since feedback control is performed,
Even if hysteresis or creep occurs in the displacement of the piezoelectric body constituting the scanner 1, this does not affect the displacement of the stage 3, and the state of the stage 3 can be controlled well.
【0027】具体的には、スキャナ1に4分割の電極を
有する長さ15mmのチューブスキャナを、レンズ6に
顕微鏡用の5倍対物レンズ(焦点距離35.9mm)を
それぞれ用いてシステムを構成し、200Vの電圧でス
キャナ1を駆動したとき、他の変位系と変位角計とを用
いたX方向の変位の測定結果の比較より、このときのス
キャナ1のX方向の変位1.3μmに対してステージ3
の傾きθ=0.35秒であった。(1)式より、これは
ポジションディテクタ9上のスポットの形成位置のずれ
量dとして0.12μmである。これを基準としてフィ
ードバック制御を実施したところ、ヒステリシスのない
XY走査が実現できた。More specifically, a system is configured by using a tube scanner having a length of 15 mm having four divided electrodes as the scanner 1 and a 5 × objective lens (focal length of 35.9 mm) for a microscope as the lens 6. When the scanner 1 is driven at a voltage of 200 V, a comparison of the displacement results in the X direction using another displacement system and a displacement angle meter indicates that the displacement of the scanner 1 in the X direction at this time is 1.3 μm. Stage 3
Was 0.35 seconds. According to the equation (1), this is 0.12 μm as the displacement d of the spot formation position on the position detector 9. When the feedback control was performed on the basis of this, XY scanning without hysteresis was realized.
【0028】また、STMやAFMにおいては、ステー
ジ3はZ方向(図における上下方向)にも変位させる
が、本実施例では平面鏡4に平行光ビームを入射してい
ることにより、(1)式並びに(2)式から分かるよう
にZ方向の動きに影響されずに、X,Y方向についての
みの変位を検出することが可能である。In STM and AFM, the stage 3 is also displaced in the Z direction (vertical direction in the figure). In this embodiment, since the parallel light beam is incident on the plane mirror 4, the expression (1) is obtained. Further, as can be seen from the equation (2), it is possible to detect the displacement only in the X and Y directions without being affected by the movement in the Z direction.
【0029】また本実施例によれば、ステージ3の変位
を光学的に検出しているので、スキャナ1の駆動電圧な
どに起因するノイズ混入がなく、安定的な検出が行え
る。磁気センサや容量センサを用いた場合には、かなり
の高電圧であるスキャナ1の駆動電圧などの影響による
ノイズの混入が懸念される。Further, according to the present embodiment, since the displacement of the stage 3 is optically detected, noise is not mixed due to the driving voltage of the scanner 1 and the like, and stable detection can be performed. When a magnetic sensor or a capacitance sensor is used, there is a concern that noise may be mixed due to the influence of the drive voltage of the scanner 1 which is a considerably high voltage.
【0030】また本実施例では、ステージ3の変位の検
出のために光の干渉を利用していない。光干渉を利用す
る場合、一波長あるいは半波長を越えるような変位に対
しては、サイン波様に変化するセンサ光強度の山の数を
数えることになるが、インクリメント方式であるために
スキャナ1の変位が急速である場合にカウントミスなど
が避けられず、誤差の原因になるが、本実施例ではこれ
を回避することができる。In this embodiment, the interference of light is not used for detecting the displacement of the stage 3. When optical interference is used, the number of peaks of the sensor light intensity that changes like a sine wave is counted for a displacement exceeding one wavelength or a half wavelength, but the scanner 1 is used because of the increment method. If the displacement is rapid, a count error or the like is inevitable, causing an error. In the present embodiment, this can be avoided.
【0031】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば上記実施例では、フィードバック制
御を行っているが、例えばSTMやAFMの場合には、
演算回路16からのモニタ信号に合わせて、XY座標を
新たにコンピュータ上におこし、このXY座標上にST
M信号やAFM信号を再配置するような画像処理を行う
ことによっても本発明の目的を達成することができる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, feedback control is performed. For example, in the case of STM or AFM,
The XY coordinates are newly generated on the computer in accordance with the monitor signal from the arithmetic circuit 16, and the ST is displayed on the XY coordinates.
The object of the present invention can also be achieved by performing image processing such as rearranging the M signal or the AFM signal.
【0032】また上記実施例では、光源8に半導体レー
ザ8aを配しているが、LEDなどの他の発光手段を適
用することも可能であり、LEDを適用した場合には干
渉による悪影響が生じることがないので、1/4波長板
5を省略し、偏光ビームスプリッタ7の代りにハーフミ
ラーを用いることができ、構成を簡単にすることができ
る。In the above embodiment, the semiconductor laser 8a is provided for the light source 8. However, other light emitting means such as an LED can be applied. When an LED is used, an adverse effect due to interference occurs. Therefore, the quarter-wave plate 5 can be omitted, a half mirror can be used instead of the polarization beam splitter 7, and the configuration can be simplified.
【0033】上記実施例において、スキャナ1のXY動
作方向と、ポジションディテクタ9のXY方向とは一致
させることが好ましい。両者を一致させない場合、ポジ
ションディテクタ9の出力信号に対して処理を行ってそ
の構成を行うことが必要となる。In the above embodiment, it is preferable that the XY operation direction of the scanner 1 and the XY direction of the position detector 9 coincide with each other. If they do not match, it is necessary to process the output signal of the position detector 9 to perform its configuration.
【0034】以上説明した第1の実施例のシステムスキ
ヤンナによれば、ステージに設けられた例えば平面鏡な
どの反射手段と、この反射手段に平行光ビームを入射す
る、例えば光源、ビームスプリッタおよび1/4波長板
よりなる光源手段と、前記反射手段からの反射光ビーム
を集光し、所定面上にスポットを形成する例えばレンズ
などの集光手段と、前記所定面上に配置され、前記所定
面上での前記スポットの位置を検出する例えばポジショ
ンディテクタなどのスポット検出手段と、このスポット
検出手段により検出された前記スポットの位置に基づい
て、前記ステージの傾斜角度を求める例えば演算回路な
どの傾斜角度演算手段とを具備するので、圧電体の変位
に生じるヒステリシスやクリープ等による影響を除去
し、良好な走査を行うことが可能なスキャナシステムと
なる。According to the system scanner of the first embodiment described above, a reflecting means such as a plane mirror provided on the stage and a parallel light beam incident on the reflecting means, for example, a light source, a beam splitter, A light source means comprising a 波長 wavelength plate; a light condensing means such as a lens for condensing a reflected light beam from the reflecting means to form a spot on a predetermined surface; Spot detecting means such as a position detector for detecting the position of the spot on a surface, and a tilt such as an arithmetic circuit for obtaining a tilt angle of the stage based on the position of the spot detected by the spot detecting means. Since it has angle calculation means, it eliminates the effects of hysteresis and creep, etc., that occur on the displacement of the piezoelectric body, and performs good scanning. It becomes capable scanner system.
【0035】以下、図3を参照して、本発明の第2の実
施例に係わるスキャナシステムを原子間力顕微鏡(AF
M)に適用した場合について説明する。この実施例並び
にこれから説明する他の実施例において、第1の実施例
と実質的に同じ部材、並びに先行する実施例と実質的に
同じ部材は、同一符号を付して、説明を省略する。Hereinafter, referring to FIG. 3, a scanner system according to a second embodiment of the present invention will be described with an atomic force microscope (AF).
M) will be described. In this embodiment and other embodiments to be described below, members that are substantially the same as those in the first embodiment and members that are substantially the same as those in the preceding embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
【0036】図3は、本発明の第2の実施例に係る圧電
体変位検出装置の構成を示す図である。同図に示すよう
に、マイクロコンピュータ22の出力側にはホストコン
ピュータ21とZ制御部24、X制御部25、Y制御部
26の入力側にそれぞれ接続されており、夫々の制御部
24乃至26の出力側は、XYZ駆動用円筒型圧電体に
より構成されたスキャナ1の夫々対応する電極に接続さ
れている。これら部材でスキャナ駆動/制御部が構成さ
れている。前記スキャナ1上に支持されたステージ3上
には、被測定物である試料30が載置されている。この
試料30の上方にはカンチレバー28が設けられてい
る。このカンチレバー28の自由端には、先端が前記試
料3の上面と極く僅かの間隔を有するようにして走査部
材、即ち、プローブが支持されている。このカンチレバ
ー28は、カンチレバー28のZ方向、即ち上下方向の
変位量を測定し、この変位量に対応する変位アナログ信
号を出力するカンチレバー変位検出部27に接続されて
いる。このカンチレバー変位検出部27の出力側はA/
D変換部23を介しての前記マイクロコンピュータ22
の入力側に接続されている。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a piezoelectric displacement detecting device according to a second embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the output side of the microcomputer 22 is connected to the host computer 21 and the input sides of the Z control unit 24, the X control unit 25, and the Y control unit 26, respectively. Are connected to corresponding electrodes of the scanner 1 which is constituted by a cylindrical piezoelectric body for driving XYZ. These members constitute a scanner drive / control unit. On a stage 3 supported on the scanner 1, a sample 30 as an object to be measured is placed. A cantilever 28 is provided above the sample 30. A scanning member, that is, a probe is supported at the free end of the cantilever 28 such that the tip has a very small distance from the upper surface of the sample 3. The cantilever 28 is connected to a cantilever displacement detection unit 27 that measures the displacement of the cantilever 28 in the Z direction, that is, the vertical direction, and outputs a displacement analog signal corresponding to the displacement. The output side of the cantilever displacement detector 27 is A /
The microcomputer 22 via the D conversion unit 23
Is connected to the input side.
【0037】スキャナ1の下方に設けられたスキャナ変
位検出部19aの出力側は上記Z制御部24の入力側に
接続されている。このような構成において、カンチレバ
ー変位検出部27は、試料の上面の凹凸等に対応し、試
料と探針との間に生じる原子間力なよる探針のZ方向の
変位を、即ち、カンチレバー28の自由端の変位を検出
し、変位信号S1をA/D変換部23を介して、マイク
ロコンピュータ22に出力する。この出力信号にもとず
いて、ホストコンピュータ21は、マイクロコンピュー
タ22から転送された測定データを格納し試料の表面状
態を示す画像を形成する。また、マイクロコンピュータ
22は、X制御部25、Y制御部26を介して、XYZ
駆動用円筒圧電体1を2次元走査するように制御しなが
ら測定を行い、その測定データを同時にホストコンピュ
ータ21に転送する。The output side of the scanner displacement detecting section 19a provided below the scanner 1 is connected to the input side of the Z control section 24. In such a configuration, the cantilever displacement detecting unit 27 detects the displacement of the probe in the Z direction due to the atomic force generated between the sample and the probe, ie, the cantilever 28 corresponding to the unevenness on the upper surface of the sample. , And outputs a displacement signal S1 to the microcomputer 22 via the A / D converter 23. Based on this output signal, the host computer 21 stores the measurement data transferred from the microcomputer 22 and forms an image indicating the surface condition of the sample. In addition, the microcomputer 22 transmits an XYZ signal via the X control unit 25 and the Y control unit 26.
The measurement is performed while controlling the driving cylindrical piezoelectric body 1 to perform two-dimensional scanning, and the measurement data is transferred to the host computer 21 at the same time.
【0038】上記マイクロコンピュータ22は、A/D
変換部23から読み出される情報に基づいて、Z制御部
24を介してスキャナ1をZ方向に伸縮させる。このと
きに、変位信号S1を一定値に保つようにZ制御し、当
該Z制御データを測定データとする。但し、Z制御部2
4はスキャナ変位検出部19aから検出されたZ変位信
号S5がフィードバックされるように構成されているの
で、Z制御データとスキャナの変位の関係は直線的にマ
イクロコンピュータ22により補正されており、画像形
成されたZ方向凹凸情報は精度良く再現されている。The microcomputer 22 has an A / D
The scanner 1 is expanded and contracted in the Z direction via the Z control unit 24 based on the information read from the conversion unit 23. At this time, Z control is performed to keep the displacement signal S1 at a constant value, and the Z control data is used as measurement data. However, Z control unit 2
4 is configured so that the Z displacement signal S5 detected from the scanner displacement detecting unit 19a is fed back, so that the relationship between the Z control data and the displacement of the scanner is linearly corrected by the microcomputer 22, and The formed Z-direction unevenness information is accurately reproduced.
【0039】次に、図4を参照して、Z方向変位検出機
構の光学系について説明する。同図に示すように、スキ
ャナ1はその下端が鏡体33の下部を構成するに固定台
2に固定されており、その上端にはステージ3が配置さ
れている。そして、このステージ3の下面にはフォトデ
ィテクタ32aが受光面を下向きに固定されている。前
記固定台2の上面にはスキャナ1と同軸的に固定穴が形
成されており、この内部には、レーザダイオード32e
とコリメータレンズ32dが前記フォトディテクタ32
aと光軸を等しくして、固定されている。レーザダイオ
ード32eから発光された光ビームはコリメータレンズ
32dによって平行光ビームとなって、スキャナ1の内
側を上方に向かうように、両者は配置されている。Next, the optical system of the Z-direction displacement detecting mechanism will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the scanner 1 has a lower end fixed to a fixed base 2 constituting a lower part of a mirror body 33, and a stage 3 disposed at an upper end thereof. The photodetector 32a is fixed to the lower surface of the stage 3 with the light receiving surface facing downward. A fixing hole is formed on the upper surface of the fixing table 2 coaxially with the scanner 1, and a laser diode 32e is provided inside the fixing hole.
And the collimator lens 32d
The optical axis is equal to a and fixed. The two light beams emitted from the laser diode 32e are arranged so as to become parallel light beams by the collimator lens 32d and head inside the scanner 1 upward.
【0040】前記スキャナ1内にはこれと同軸的に光学
系支持部32cが設けられており、この上端には、前記
フォトディテクタ32aと対面するようにして集光レン
ズ32bが装着されている。この集光レンズ32bは、
前記コリメータレンズ32dからの平行光ビームをフォ
トディテクタ32aに向かって集光するように位置合わ
せされているが、この集光レンズ32bとフォトディテ
クタ32aとは、集光レンズ32bの焦点距離よりも短
くかつ、図5に示すように、受光面41よりも集光スポ
ット42の方が大きくなるように、所定間隔を有して配
置されている。An optical system support 32c is provided coaxially with the scanner 1, and a condenser lens 32b is mounted on the upper end thereof so as to face the photodetector 32a. This condenser lens 32b is
Although the parallel light beam from the collimator lens 32d is aligned so as to be focused toward the photodetector 32a, the focusing lens 32b and the photodetector 32a are shorter than the focal length of the focusing lens 32b, As shown in FIG. 5, the light-converging spots 42 are arranged at predetermined intervals so that the light-collecting spot 42 is larger than the light-receiving surface 41.
【0041】このように、第2の実施例のシステムで
は、従来の走査型プローブ顕微鏡の試料微動機構である
スキャナ1の上端、即ち、自由端に受光素子であるフォ
トディテクタ32aを付加し、更に、この下側に光源で
あるレーザーダイオード32eと該レーザーダイオード
32eから発光された光ビームをフォトディテクタ32
aへ集光するコリメータレンズ32bとが付加されてい
る。このフォトディテクタ32aの受光面を集光レンズ
32bの焦点位置より内側にずらして、集光スポットが
受光面より大きくなるように調整されている。As described above, in the system of the second embodiment, the photodetector 32a, which is a light receiving element, is added to the upper end, ie, the free end, of the scanner 1, which is the sample fine movement mechanism of the conventional scanning probe microscope. A laser diode 32e as a light source and a light beam emitted from the laser diode 32e
and a collimator lens 32b for condensing the light to a. The light receiving surface of the photodetector 32a is shifted inward from the focal position of the condenser lens 32b, so that the focused spot is adjusted to be larger than the light receiving surface.
【0042】そして、従来と同様に、試料表面と探針先
端を一定距離に保つように、Z方向制御(Zサーボ)部
24によってスキャナ1を伸縮させて、試料30をZ方
向に移動させながら2次元方向にXY走査すると、フォ
トディテクタ32aで検出した光量の変化がスキャナ1
の伸縮の変化となり、フォトディテクタ32aで検出し
た光量を、試料表面の凹凸信号として画像形成すること
によって、精度良く凹凸情報を得ることができる。Then, as in the conventional case, the scanner 1 is expanded and contracted by the Z-direction control (Z servo) unit 24 so that the sample 30 is moved in the Z direction so as to keep the sample surface and the tip of the probe at a constant distance. When XY scanning is performed in the two-dimensional direction, the change in the amount of light detected by the photodetector 32a is
By forming an image of the light amount detected by the photodetector 32a as an unevenness signal on the sample surface, unevenness information can be obtained with high accuracy.
【0043】図5(a)ないし(c)は、上記スキャナ
1がZ方向に伸縮したときの受光面41と集光スポット
42との関係を示す図である。図5(a)は、スキャナ
1がZ方向に縮んだとき、図5(b)は、スキャナ1が
標準長のとき、図5(c)は、スキャナ1がZ方向に伸
びたときの様子をそれぞれ示す。この図から理解できる
ように、上記スキャナ1のZ方向への伸縮に従って、集
光スポット42の直径が変化する。この結果、受光面4
1で受光する光量Pもスキャンナの伸縮にしたがって変
化し、図5(a),(b),(c)の状態での受光光量
をそれぞれPa,Pb,Pcとすると、 Pa<Pb<Pc の関係が成り立つ。従って、スキャナ1のZ方向の変位
をフォトディテクタ32aで受光する光量の変化から検
出することができる。FIGS. 5A to 5C are diagrams showing the relationship between the light receiving surface 41 and the converging spot 42 when the scanner 1 expands and contracts in the Z direction. 5A shows the state when the scanner 1 contracts in the Z direction, FIG. 5B shows the state when the scanner 1 has the standard length, and FIG. 5C shows the state when the scanner 1 extends in the Z direction. Are respectively shown. As can be understood from this figure, the diameter of the focused spot 42 changes as the scanner 1 expands and contracts in the Z direction. As a result, the light receiving surface 4
The light amount P received at 1 also changes according to the expansion and contraction of the scanner. If the received light amounts in the states of FIGS. 5A, 5B, and 5C are Pa, Pb, and Pc, respectively, Pa <Pb <Pc. The relationship holds. Therefore, the displacement of the scanner 1 in the Z direction can be detected from a change in the amount of light received by the photodetector 32a.
【0044】次に、図6を参照して、第3の実施例を説
明する。この実施例の場合、第2の実施例の構成と比べ
ると、スキャナ変位検出部19aの出力側はZ制御部2
4に接続されているのではなく、出力側が接続、A/D
変換部51を介してマイクロコンピュータ22に接続さ
れる点が相違する。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the case of this embodiment, as compared with the configuration of the second embodiment, the output side of the scanner displacement detector 19a is
4, the output side is connected, A / D
The difference is that it is connected to the microcomputer 22 via the conversion unit 51.
【0045】このマイクロコンピュータ22は、X制御
部25、Y制御部26を介して、スキャナ1を2次元走
査するように制御しながら、カンチレバー変位検出部2
7並びにA/D変換部23を介して送られてきた変位測
定データをホストコンピュータ21に転送する。The microcomputer 22 controls the cantilever displacement detecting section 2 while controlling the scanner 1 to perform two-dimensional scanning via the X control section 25 and the Y control section 26.
7 and the displacement measurement data sent via the A / D converter 23 are transferred to the host computer 21.
【0046】マイクロコンピュータ22は、A/D変換
部23から読み出される情報に基づいて、Z制御部24
を介してスキャナ1をZ方向に伸縮させる。即ち、変位
信号S1を一定値に保つようにZ制御し、そのZ制御デ
ータを測定データとする。スキャナ変位検出部19aで
測定されたZ変位信号S5はA/D変換部51へ出力さ
れ、このA/D変換部51から読み出したZ変位データ
は測定データとして画像が形成されるので、この実施例
においても第2の実施例と同様の効果を得ることができ
る。The microcomputer 22 has a Z controller 24 based on the information read from the A / D converter 23.
The scanner 1 is expanded and contracted in the Z direction via. That is, Z control is performed so that the displacement signal S1 is maintained at a constant value, and the Z control data is used as measurement data. The Z displacement signal S5 measured by the scanner displacement detector 19a is output to the A / D converter 51, and the Z displacement data read out from the A / D converter 51 forms an image as measurement data. In the example, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
【0047】次に、第4の実施例を図7(a)〜(c)
並びに図8を参照して説明する。この実施例では、図8
に示すように、図3に示す実施例と比べて、スキャナ変
位検出部19bからの信号は、Z制御部24にのみ供給
されるのではなく、Z制御部24、X制御部25、Y制
御部26にそれぞれ信号S5〜S7としてフィードバッ
クされるように、これら制御部とスキャナ変位検出部1
9bに接続されている。この実施例では、Z制御部24
はスキャナ変位検出部19bから検出されたZ変位信号
S5がフィードバックされるように構成され、X制御
部、Y制御部26はスキャナ変位検出部19bから検出
されたX変位信号S6と、Y変位信号S7とがフィード
バックされるように構成されているので、X,Y,Z制
御データとスキャナ変位の関係は直線的に補正されてお
り、画像形成された凹凸情報は3次元とも精度良く再現
されている。尚、各変位信号S5,S6,S7を直接A
/D変換部へ出力し、A/D変換したデータを測定デー
タとして画像形成しても同様の効果が得られる。Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
Description will be made with reference to FIG. In this embodiment, FIG.
3, the signal from the scanner displacement detection unit 19b is not supplied only to the Z control unit 24, as compared with the embodiment shown in FIG. 3, but the Z control unit 24, the X control unit 25, and the Y control The control unit and the scanner displacement detecting unit 1 are fed back to the unit 26 as signals S5 to S7, respectively.
9b. In this embodiment, the Z control unit 24
Is configured so that the Z displacement signal S5 detected from the scanner displacement detecting unit 19b is fed back, and the X control unit and the Y control unit 26 perform the X displacement signal S6 detected by the scanner displacement detecting unit 19b and the Y displacement signal. Since the configuration is such that S7 is fed back, the relationship between the X, Y, Z control data and the scanner displacement is linearly corrected, and the three-dimensionally formed unevenness information is accurately reproduced. I have. Note that each displacement signal S5, S6, S7 is directly A
The same effect can be obtained by outputting the data to the / D conversion unit and forming the image using the A / D converted data as the measurement data.
【0048】この実施例では、図7に示すように、光学
式変位検出手段は、受光素子として、その受光面が中央
に位置する中心受光領域41aと、この周辺に位置し、
X方向並びにY方向に夫々対称な4つの周辺受光領域4
1b〜41eとに、5分割されたフォトディテクタ32
aを用い、このフォトディテクタ32aは、スキャナ1
のどのZ方向変位状態においても、集光スポット42が
全受光面よりも小さくて、中央受光面41aよりも大き
くなるように設定されている。In this embodiment, as shown in FIG. 7, the optical displacement detecting means comprises a light receiving element, a central light receiving area 41a having a light receiving surface located at the center, and a light receiving element located at the periphery thereof.
Four peripheral light receiving areas 4 symmetrical in the X and Y directions, respectively.
Photodetector 32 divided into five parts 1b to 41e
a, the photodetector 32a is connected to the scanner 1
In any Z-direction displacement state, the light spot 42 is set to be smaller than the entire light receiving surface and larger than the central light receiving surface 41a.
【0049】そして、XYZ走査では、中央受光領域4
1aで検出した光量の変化がスキャナ1のZ方向の伸縮
の変化となり、周辺受光領域41b〜41eで検出した
光量の差分の変化がX変位、Y変位となるので、中央受
光面で検出した光量を、試料表面の凹凸信号とし、X対
称受光領域、Y対称受光領域の各々の光量差をX信号、
Y信号として画像形成することにより、精度良く3次元
情報を得ることができる。In the XYZ scanning, the central light receiving area 4
The change in the light amount detected in 1a becomes a change in the expansion and contraction of the scanner 1 in the Z direction, and the change in the difference in the light amount detected in the peripheral light receiving areas 41b to 41e becomes the X displacement and the Y displacement. Is the unevenness signal of the sample surface, and the light amount difference between the X symmetric light receiving area and the Y symmetric light receiving area is an X signal,
By forming an image as a Y signal, three-dimensional information can be obtained with high accuracy.
【0050】図7(a)は試料を図中、“+X方向”に
走査したとき、図7(b)は試料が走査中心位置にある
とき、図7(c)は試料が図中、“−X方向”に走査し
たときの様子をそれぞれ示す図である。FIG. 7A shows a case where the sample is scanned in the “+ X direction” in the figure, FIG. 7B shows a case where the sample is at the scanning center position, and FIG. It is a figure which shows a mode when scanning in the "-X direction", respectively.
【0051】図7(a)乃至(c)に示されるように、
走査に従って集光スポット42がフォトディテクタ32
aの受光面上を移動して、各周辺受光領域41b〜eで
受光する光量Pも変化している。このとき、夫々の受光
領域41a〜41eでの受光量をそれぞれPa〜Peと
し、 Px=(Pb+Pc)−(Pd−Pe) …(5) とすると、図7(a)〜(c)のPxの大きさをPx1
〜Px3とすると、次式のような関係が成立する。As shown in FIGS. 7A to 7C,
The condensing spot 42 is formed by the photodetector 32 according to the scanning.
The light amount P received on each of the peripheral light receiving areas 41b to 41e moves on the light receiving surface of a. At this time, the light receiving amounts in the respective light receiving areas 41a to 41e are Pa to Pe, respectively, and Px = (Pb + Pc)-(Pd-Pe) (5) If Px = Px in FIGS. The size of Px1
Assuming that Px3, the following relationship is established.
【0052】 Px1<Px2<Px3 …(6) このとき、X方向の変位を上記Pxで表すことができ
る。Y方向の変位も同様にもとめられる。この結果、ス
キャナ1のフォトディテクタ32aで受光する周辺受光
領域面41b〜41eの光量の演算値の変化から2次元
方向の変位を検出することができる。また、第2実施例
と同様にして、中央受光領域41aの光量の変化を検出
することで、スキャナ1のZ方向の変位を検出すること
ができる。Px1 <Px2 <Px3 (6) At this time, the displacement in the X direction can be represented by the above Px. The displacement in the Y direction can be similarly determined. As a result, the displacement in the two-dimensional direction can be detected from the change in the calculated value of the amount of light on the peripheral light receiving area surfaces 41b to 41e received by the photodetector 32a of the scanner 1. Further, similarly to the second embodiment, the displacement of the scanner 1 in the Z direction can be detected by detecting a change in the amount of light in the central light receiving area 41a.
【0053】次に、第1の実施例と同様に、ステージに
平面鏡が設けられた形式の光学式変位センサーを使用し
た第5の実施例に係わるスキャナシステムを原子間力顕
微鏡について、図9並びに図10を参照している。Next, as in the first embodiment, the scanner system according to the fifth embodiment using an optical displacement sensor of the type in which a plane mirror is provided on the stage is shown in FIG. Please refer to FIG.
【0054】まず、図9に示すように、この実施例の光
学式変位センサーでは、固定台2には、スキャナ1内に
突出するようにして、筒状のレンズ保持機構60が設け
られ、この上端にコリメータレンズ6が平面鏡4と所定
間隔を有して対面するように装着されている。このレン
ズ保持機構60には、スキャナ1に対して、これと同軸
的に上下方向に移動調節されるようにレンズ位置調整機
構61が設けられている。この機構61により、コリメ
ータレンズ6の焦点が平面鏡4上となるように、両者間
の距離が調整される。First, as shown in FIG. 9, in the optical displacement sensor of this embodiment, a cylindrical lens holding mechanism 60 is provided on the fixed base 2 so as to protrude into the scanner 1. A collimator lens 6 is mounted on the upper end so as to face the plane mirror 4 at a predetermined interval. The lens holding mechanism 60 is provided with a lens position adjusting mechanism 61 so as to adjust the movement of the scanner 1 in the vertical direction coaxially with the scanner 1. By this mechanism 61, the distance between the collimator lens 6 and the collimator lens 6 is adjusted so that the focal point is on the plane mirror 4.
【0055】前記レンズ保持機構60の下側にはビーム
スプリッタ7が配置され、また、このビームスプリッタ
7の側方には、LDドライバ10により駆動され半導体
レーザ8aと、このレーザからの射出光ビームを平行光
ビームに整形するコリメータレンズ8bとからなる光源
8が配置されている。A beam splitter 7 is disposed below the lens holding mechanism 60. Beside the beam splitter 7, a semiconductor laser 8a driven by an LD driver 10 and a light beam emitted from the laser are provided. And a collimator lens 8b for shaping the light into a parallel light beam.
【0056】前記ビームスプリッター7は、コリメータ
レンズ8bからの平行光ビームが入射され、これを上方
に垂直に反射する反射面を有する異形プリズム64と、
この反射光ビームを透過すると共に、平面鏡4からの反
射光ビームを直角に反射する第1のハーフミラー62
と、この第1のハーフミラー62からの反射光ビームを
透過光ビームと反射光ビームとに分離する第2のハーフ
ミラー63とにより構成されている。The beam splitter 7 receives the parallel light beam from the collimator lens 8b, and vertically deforms the parallel light beam.
A first half mirror 62 that transmits the reflected light beam and reflects the reflected light beam from the plane mirror 4 at right angles.
And a second half mirror 63 that separates the reflected light beam from the first half mirror 62 into a transmitted light beam and a reflected light beam.
【0057】前記第2のハーフミラー63の透過側に
は、ここからの反射光ビームに対して、ほぼ臨界角にな
るように設定された反射面を有する臨界角プリズム65
が配置されている。前記第2のハーフミラー63と臨界
角プリズムとの反射側には、フォトダイオードで形成さ
れた第1並びに第2のポジションディテクタ9a,9b
が夫々配置されている。これらポジションディテクタ9
a,9bの受光面は、図9に示すように、夫々4つの受
光領域b1〜b4,a1〜a4に分離されている。On the transmission side of the second half mirror 63, a critical angle prism 65 having a reflection surface set so as to be substantially at a critical angle with respect to a reflected light beam from the second half mirror 63 is provided.
Is arranged. On the reflection side of the second half mirror 63 and the critical angle prism, first and second position detectors 9a and 9b formed of photodiodes are provided.
Are arranged respectively. These position detectors 9
The light receiving surfaces a and 9b are separated into four light receiving regions b1 to b4 and a1 to a4, respectively, as shown in FIG.
【0058】次に、上記構成のスキャナシステムの動作
を以下に説明する。スキャナ1の4つの電極に選択的に
電圧を印加して、スキャナ1を駆動する。このときに、
光源8から射出された平行光ビームよりなる楕円ビーム
は異形プリズム64で整形されて真円ビームとなって、
上方に反射される。この反射平行光ビームは第1のハー
フミラー62を透過してコリメータレンズ6に、レンズ
保持機構60内を通って、入射する。この入射光ビーム
は、このコリメータレンズ6により、ステージ3の下面
に取着された平面鏡4の表面に集光されると共に反射さ
れる。この反射光ビームはコリメータレンズ6によって
平行光ビームとなって第1のハーフミラー62に入射
し、ここで反射されて第2のハーフミラー63に入射す
る。この入射光ビームは、第2のハーフミラー63によ
り、第1のポジションディテクタ9aへと反射され、こ
の受光面に第1の集光スポットA1を形成する第1の光
ビームと、透過される第2の光ビームとに分離される。
この第2の光ビームは臨界角プリズム65で第2のポジ
ションディテクタ9bへと反射され、この受光面に第2
の集光スポットA1を形成する。Next, the operation of the scanner system having the above configuration will be described below. The scanner 1 is driven by selectively applying voltages to the four electrodes of the scanner 1. At this time,
An elliptical beam composed of a parallel light beam emitted from the light source 8 is shaped by the irregular prism 64 to be a perfect circular beam.
Reflected upward. This reflected parallel light beam passes through the first half mirror 62 and enters the collimator lens 6 through the inside of the lens holding mechanism 60. The incident light beam is condensed and reflected by the collimator lens 6 on the surface of the plane mirror 4 attached to the lower surface of the stage 3. The reflected light beam is converted into a parallel light beam by the collimator lens 6 and is incident on the first half mirror 62, where it is reflected and is incident on the second half mirror 63. This incident light beam is reflected by the second half mirror 63 to the first position detector 9a, and the first light beam that forms the first condensed spot A1 on the light receiving surface and the second light beam that is transmitted therethrough. And two light beams.
This second light beam is reflected by the critical angle prism 65 to the second position detector 9b, and the second light beam
Is formed.
【0059】この実施例においても、第1の実施例と同
様の原理により、スキャナ1のX方向並びにY方向の変
位が、ポジションディテクタ上の集光スポットの変位と
して検出される。この場合、第1のポジションディテク
タ9aと、第2のポジションディテクタ9bとには、同
じ変位d(ψ)で、同じ光量の集光スポットA1,A2
が形成されるが、Z方向に変位されると、これに従って
第2のポジションディテクタ9bの集光スポットA2の
光量は変化する。この理由を以下に説明する。In this embodiment, the displacement of the scanner 1 in the X and Y directions is detected as the displacement of the condensed spot on the position detector by the same principle as in the first embodiment. In this case, the first position detector 9a and the second position detector 9b have the same condensing spots A1 and A2 with the same displacement d (ψ) and the same light amount.
Is formed, but when displaced in the Z direction, the light amount of the condensed spot A2 of the second position detector 9b changes accordingly. The reason will be described below.
【0060】平面鏡4の位置はコリメータレンズ6の焦
点位置からずれるので、臨界角プリズム65で反射され
た光ビームの光量が、平面鏡4のZ方向の変位に応じて
変化する。この結果、第2のポジションディテクタ9b
に入射する集光スポットA2の光量が変化するので、こ
の変化量を求めれば、Z方向の変位を知ることができ
る。このように臨界角を用いて、光軸方向の変位を検出
する方法は、例えば、特開昭56−7246号により知
られている。Since the position of the plane mirror 4 is deviated from the focal position of the collimator lens 6, the light amount of the light beam reflected by the critical angle prism 65 changes according to the displacement of the plane mirror 4 in the Z direction. As a result, the second position detector 9b
Since the amount of light of the condensing spot A2 incident on the light source changes, the displacement in the Z direction can be known by calculating the amount of change. A method for detecting the displacement in the optical axis direction using the critical angle in this way is known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56-7246.
【0061】例えば、スキャナ1が+Z方向に変位した
とき、臨界角プリズム65により反射された第2のポジ
ションディテクタ9bへの入射光ビームの集光スポット
A2は中心から受光領域a1,a2側の部分の光量が減
少し、受光領域a3,a4側の部分の光量が変化しない
真円となる。このように、第2のポジションディテクタ
9b上での真円の集光スポットの光量分布の差量d
(Z)を測定することにより、スキャナ1の+Z方向の
変位量を検出することができる。For example, when the scanner 1 is displaced in the + Z direction, the condensed spot A2 of the incident light beam on the second position detector 9b reflected by the critical angle prism 65 is located on the light receiving area a1, a2 side from the center. Is reduced, and the light amount in the portion on the light receiving area a3, a4 side becomes a true circle in which the light quantity does not change. As described above, the difference d between the light amount distributions of the perfect circular condensed spots on the second position detector 9b
By measuring (Z), the amount of displacement of the scanner 1 in the + Z direction can be detected.
【0062】上記原理により、XYZ方向の各変位をこ
の実施例では、検出することができるが、各方向の変位
が、他の方向の変位検出に及ぼす影響は以下に説明する
ように無視することができる。According to the above principle, each displacement in the XYZ directions can be detected in this embodiment, but the effect of the displacement in each direction on the displacement detection in the other direction is neglected as described below. Can be.
【0063】Z変位検出にXY変位が及ぼす影響に関し
て;臨界角プリズム65への入射光ビームに対する臨界
角は、紙面に平行な平面内の角度であるために、スキャ
ナ1の紙面内の角度変化ψの影響を受けるが、スキャナ
1の紙面に垂直な面内の角度変化θの影響は受けない。
そこで前者の角度変化ψの影響のみを考慮すればよい。
即ち、スキャナ1がXYZ方向に同時に変位したとき、
第2のポジションディテクタ9b上での集光スポットA
2のY方向の変位量は、スキャナ1のZ方向の変位とY
方向の変位との両方の情報を含む。一方、第1のポジシ
ョンディテクタ9a上での集光スポットA1のY方向の
変位量は、スキャナ1のY方向の変位の情報のみを検出
する。従って、第2のポジションディテクタ9bの出力
情報から第1のポジションディテクタ9aの出力情報を
以下のように減算することにより、スキャナ1のZ方向
の変位のみを検出することができる。ここで、第1のポ
ジションディテクタ9aの4つの受光領域b1〜b4の
受光量をB1〜B4、また第2のポジションディテクタ
9bの4つの受光領域a1〜a4の受光量をA1〜A4
とすると、Z方向の変位量dZは次式で表される。Regarding the influence of the XY displacement on the Z displacement detection; the critical angle with respect to the light beam incident on the critical angle prism 65 is an angle in a plane parallel to the plane of the paper, so that the angular change in the plane of the scanner 1 ψ , But is not affected by the angle change θ in a plane perpendicular to the paper surface of the scanner 1.
Therefore, only the influence of the former angle change ψ needs to be considered.
That is, when the scanner 1 is simultaneously displaced in the XYZ directions,
Focused spot A on the second position detector 9b
2 is the displacement amount in the Z direction of the scanner 1 and the displacement amount in the Y direction.
Includes both directional displacement and information. On the other hand, the displacement amount of the condensed spot A1 in the Y direction on the first position detector 9a detects only information on the displacement of the scanner 1 in the Y direction. Accordingly, only the displacement of the scanner 1 in the Z direction can be detected by subtracting the output information of the first position detector 9a from the output information of the second position detector 9b as follows. Here, the light receiving amounts of the four light receiving regions b1 to b4 of the first position detector 9a are B1 to B4, and the light receiving amounts of the four light receiving regions a1 to a4 of the second position detector 9b are A1 to A4.
Then, the displacement amount dZ in the Z direction is represented by the following equation.
【0064】dZ=(A3+A4)−(A1+A2) −k[(B3+B4)−(B1+B2)] …(7) ここで、kは適当な定数である。DZ = (A3 + A4)-(A1 + A2) -k [(B3 + B4)-(B1 + B2)] (7) where k is an appropriate constant.
【0065】XY変位検出にZ変位が及ぼす影響に関し
て;上述した原理により、スキャナ1がX方向みに変位
したときには、角度変化θを伴い、そのときの第1のポ
ジションディテクタ9a上での集光スポットA1の変位
量d(θ)は、第1の実施例で説明した(1)式のよう
に成る。ここで、スキャナ1がX方向とZ方向とに同時
に変位したときには、(1)式は、次のように成る。Influence of Z displacement on XY displacement detection; according to the principle described above, when scanner 1 is displaced in the X direction only, it involves an angle change θ, and the light is condensed on first position detector 9a at that time. The displacement d (θ) of the spot A1 is as shown in the equation (1) described in the first embodiment. Here, when the scanner 1 is simultaneously displaced in the X direction and the Z direction, the expression (1) becomes as follows.
【0066】 d(θ)=2・(f+Z)・θ …(8) 具体的には、f=4mm,Z=0.005mm程度であ
るために、d(θ)は、Z方向の変位がないときに比べ
て、0.1パーセント程度しか変わらない。従って、X
方向の変位の検出に及ぼすZ方向の変位の影響は、無視
できる。Y方向の変位の検出に及ぼすZ方向の変位の影
響についても同様のことがいえる。従って、スキャナ1
がX方向と、Y方向と、Z方向とに同時に変位したとき
のX方向と、Y方向との変位は、夫々次のような演算を
することにより求められる。D (θ) = 2 · (f + Z) · θ (8) Specifically, since f = 4 mm and Z = 0.005 mm, d (θ) has a displacement in the Z direction. It changes only about 0.1% compared to when there is no display. Therefore, X
The effect of the displacement in the Z direction on the detection of the displacement in the direction is negligible. The same can be said for the influence of the displacement in the Z direction on the detection of the displacement in the Y direction. Therefore, scanner 1
Are simultaneously displaced in the X direction, the Y direction, and the Z direction, and the displacements in the X direction and the Y direction can be obtained by performing the following calculations, respectively.
【0067】 X=(B1+B3)−(B2+B4) …(9) Y=(B3+B4)−(B1+B2) …(10) かくして、この実施例のシステムで、スキャナ1、即
ち、ステージ3のXYZ方向の3次元的な位置を光学的
につねにモニターすることができる。X = (B1 + B3)-(B2 + B4) (9) Y = (B3 + B4)-(B1 + B2) (10) Thus, in the system of this embodiment, the scanner 1, that is, the stage 3 in the XYZ directions 3 The dimensional position can always be monitored optically.
【0068】次に、図10を参照して上記光学式変位セ
ンサーを使用したスキャナシステムを説明する。図中、
符号71は、光学系ユニットを示し、前記ビームスプリ
ッタ7と、光源8と、第1並びに第2のポジションディ
テクタ9a,9bとを有する。これら第1並びに第2の
ポジションディテクタ9a,9bからの測定信号は、プ
リアンプ15で、それぞれ増幅されて、演算回路16に
入力される。この演算回路16で、前記(7)式、
(9)式並びに(10)式に従って、入力信号の演算が
行われてスキャナ1のXYZ方向の変位が求められる。
この演算処理情報は、スキャンコントローラ11に入力
される。このスキャンコントローラ11の入力側には、
Z方向の参照電圧を発生する第3の波形発生器70が、
第1並びに第2の波形発生器12、13と同様に接続さ
れている。このスキャンコントローラ11では第1ない
し第3の波形発生器12、13、70で発生されるX方
向、Y方向並びにZ方向の参照電圧に対して所定の処理
(フィードバック制御のための処理や、スキャナ1の動
きをXY平面で回転させたり、ずらしたりするための処
理など)を行い、X方向、Y方向並びにZ方向のそれぞ
れの制御信号を出力する。これら制御信号は、スキャナ
ドライバ14に入力され、このスキャナドライバ14は
供給された制御信号にて指示された状態にスキャナ1を
変位させるようにスキャナ1の電極に電圧を選択的に印
加する。Next, a scanner system using the optical displacement sensor will be described with reference to FIG. In the figure,
Reference numeral 71 denotes an optical system unit, which includes the beam splitter 7, a light source 8, and first and second position detectors 9a and 9b. The measurement signals from the first and second position detectors 9a and 9b are amplified by the preamplifier 15 and input to the arithmetic circuit 16. In this arithmetic circuit 16, the above equation (7) is obtained.
According to the expressions (9) and (10), the input signal is calculated, and the displacement of the scanner 1 in the XYZ directions is obtained.
This calculation processing information is input to the scan controller 11. On the input side of the scan controller 11,
A third waveform generator 70 that generates a reference voltage in the Z direction
They are connected in the same manner as the first and second waveform generators 12 and 13. The scan controller 11 performs a predetermined process (a process for feedback control, a process for a scanner, or the like) on reference voltages in the X, Y, and Z directions generated by the first to third waveform generators 12, 13, and 70. 1 is performed on the XY plane, or a process for shifting or shifting the motion is performed, and control signals in the X, Y, and Z directions are output. These control signals are input to the scanner driver 14, and the scanner driver 14 selectively applies voltages to the electrodes of the scanner 1 so as to displace the scanner 1 in a state instructed by the supplied control signals.
【0069】この実施例においても、スキャンコントロ
ーラ11は、第1の実施例と同様に、演算回路16から
供給される変位信号に基づいて、生成する制御信号に所
定の補正を加える非直線性補正手段11aを有してい
る。In this embodiment, as in the first embodiment, the scan controller 11 applies a predetermined correction to the control signal to be generated based on the displacement signal supplied from the arithmetic circuit 16. It has means 11a.
【0070】上記第5の実施例のAMFの動作は、Z方
向の変位の補正を付加した以外は、第1の実施例の動作
と同じようになされ、ステージ3の状態を3次元的に制
御することができる。The operation of the AMF of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment, except that the correction of the displacement in the Z direction is added. The state of the stage 3 is controlled three-dimensionally. can do.
【0071】また、図9に示すスキャナシステムを用い
れば、ステージ3上に固定した物の位置を3次元的に所
望の状態になるように制御できる。例えば、ステージ3
の上面にミラーを固定すれば、ミラーのθ、ψ方向の角
度変位やZ方向の変位を所望の状態になるように制御で
きる等、このスキャナシステムは汎用性がある。さら
に、この実施例では、第1の実施例で説明した効果を有
することは自明であろう。When the scanner system shown in FIG. 9 is used, the position of the object fixed on the stage 3 can be controlled so as to be three-dimensionally in a desired state. For example, stage 3
This scanner system is versatile, for example, if a mirror is fixed on the upper surface of the scanner, the angular displacement of the mirror in the θ and ψ directions and the displacement in the Z direction can be controlled to a desired state. Further, it is obvious that this embodiment has the effects described in the first embodiment.
【0072】次に、図10に示したスキャナシステムを
応用した走査型プローデ顕微鏡(STM)を図11を参
照して説明する。図11中、符号80はプローブを示
し、このプローブ80は、これと試料30との間に働く
相互作用、例えば、トンネル電流、摩擦力、磁気力、原
子間力、によりZ方向に変異可能となっている。そし
て、このに変位はプローブ変位センサー81により検出
される。このプローブ変位センサー81の出力側は前記
スキャンコントローラ11の入力側に接続されている。
また、前記演算回路16の出力側は、試料30のSPM
像を表示するためのSPM表示装置82に接続されてい
る。Next, a scanning prode microscope (STM) to which the scanner system shown in FIG. 10 is applied will be described with reference to FIG. In FIG. 11, reference numeral 80 denotes a probe, which can be varied in the Z direction by an interaction between the probe and the sample 30, such as a tunnel current, a frictional force, a magnetic force, and an atomic force. Has become. The displacement is detected by the probe displacement sensor 81. The output side of the probe displacement sensor 81 is connected to the input side of the scan controller 11.
The output of the arithmetic circuit 16 is the SPM of the sample 30.
It is connected to an SPM display device 82 for displaying an image.
【0073】実際のSPM測定に際しては、スキャナ1
のXY方向の変位のみ、光学式変位センサーによる検出
信号にしたがって、フィードバック制御を行い、スキャ
ナ1のZ方向の変位はプローブ変位センサー81による
検出信号にしたがってフィードバック制御を行ってい
る。At the time of actual SPM measurement, the scanner 1
The feedback control is performed only for the displacement in the X and Y directions according to the detection signal from the optical displacement sensor, and the displacement in the Z direction of the scanner 1 is feedback controlled according to the detection signal from the probe displacement sensor 81.
【0074】スキャンコントローラ11では、第1並び
に第2の波形発生器12,13の夫々から出力される基
準波形に基づき、ステージ3を所定状態に変位させるよ
うにX,Y方向の夫々の制御信号を生成しているが、こ
の状態で非直線性制御手段11aが演算回路16から得
られる変位信号を監視し、現在所望とするステージ3の
状態と、XY変位信号が示す実際のステージ3の状態と
の偏差が求められる。そして、非直線性制御手段11a
により、この偏差を補償するようにXY方向の制御信号
が変化される。即ち、演算回路16で求められる実際の
ステージ3の走査が所望の走査となるようにXY方向の
フィードバック制御が行われる。The scan controller 11 controls each of the control signals in the X and Y directions so as to displace the stage 3 to a predetermined state based on the reference waveforms output from the first and second waveform generators 12 and 13, respectively. In this state, the non-linearity control means 11a monitors the displacement signal obtained from the arithmetic circuit 16, and determines the state of the stage 3 currently desired and the actual state of the stage 3 indicated by the XY displacement signal. Is determined. And the non-linearity control means 11a
As a result, the control signal in the XY directions is changed so as to compensate for this deviation. That is, feedback control in the XY directions is performed so that the actual scanning of the stage 3 obtained by the arithmetic circuit 16 becomes a desired scanning.
【0075】上述したようなXY走査を行うことによっ
て、試料30は、プローブ80により走査される。この
ときに、試料30とプローブ80との間に働く相互作用
により、プローブ80が変位し、この変位はプローブ変
位センサー81により検出され、この変位に応じた変位
信号がスキャンコントローラ11に供給される。同時
に、プローブ80の位置が所望の状態になるように、第
3の波形発生器70から基準信号がスキャンコントロー
ラ11に与えられる。この結果、スキャンコントローラ
11により、プローブ変位センサー81からのプローブ
変位信号と、波形発生器70からの基準信号との偏差が
求められ、この偏差を補償するようなZ信号がスキャナ
ドライバ14を介してスキャナ1に供給される。かくし
て、プローブ80と試料30との間に働く相互作用が、
第3の波形発生器70から出力される基準信号にしたが
って一定値になるようにスキャナ1はZ方向に変位去れ
る。このZ方向の変位量は、プローブ80と試料30と
の間に働く相互作用に比例するので、このZ方向の変位
量をMIQ≧することにより、相互作用の分布状態、即
ち、SPM像が得られる。The sample 30 is scanned by the probe 80 by performing the XY scanning as described above. At this time, the probe 80 is displaced by the interaction between the sample 30 and the probe 80, and this displacement is detected by the probe displacement sensor 81, and a displacement signal corresponding to this displacement is supplied to the scan controller 11. . At the same time, a reference signal is supplied from the third waveform generator 70 to the scan controller 11 so that the position of the probe 80 becomes a desired state. As a result, a deviation between the probe displacement signal from the probe displacement sensor 81 and the reference signal from the waveform generator 70 is obtained by the scan controller 11, and a Z signal for compensating for this deviation is transmitted via the scanner driver 14. It is supplied to the scanner 1. Thus, the interaction between the probe 80 and the sample 30 is
The scanner 1 is displaced in the Z direction so as to have a constant value in accordance with the reference signal output from the third waveform generator 70. Since the amount of displacement in the Z direction is proportional to the interaction acting between the probe 80 and the sample 30, the distribution of the interaction, that is, an SPM image is obtained by setting the amount of displacement in the Z direction to MIQ ≧. Can be
【0076】次にSPM像の表示方法について説明す
る。上述したようにSPM測定中に、演算回路16から
得られるX信号とY信号とは、走査中のプローブ80に
対する試料30の位置を示し、また、Z信号は、プロー
ブ80と試料30との間に働く相互作用を示すので、こ
れら信号をSPM像表示装置82に与え、表示させるこ
とによりSPM像が得られる。Next, a method of displaying an SPM image will be described. As described above, during the SPM measurement, the X signal and the Y signal obtained from the arithmetic circuit 16 indicate the position of the sample 30 with respect to the probe 80 during scanning, and the Z signal indicates the position between the probe 80 and the sample 30. These signals are applied to the SPM image display device 82 and displayed, whereby an SPM image is obtained.
【0077】このときに得られるSPM像は、スキャナ
1のXYZ方向の変位を直接、この光学式変位センサー
により、モニターすることにより得られるので、3次元
的に歪みのない像となる。また、このとき、SPM像表
示装置82に与えられるXY信号は演算回路16からの
信号ではなく、波形成型器12,13からの信号が与え
られても全く同じ結果が得られるので、SPM像表示装
置82の入力側を、波形発生器の出力側に接続しても良
い。The SPM image obtained at this time is obtained by directly monitoring the displacement of the scanner 1 in the XYZ directions by this optical displacement sensor, and thus becomes an image without three-dimensional distortion. Also, at this time, since the XY signals supplied to the SPM image display device 82 are not the signals from the arithmetic circuit 16, the same results can be obtained even when the signals from the waveform shapers 12 and 13 are supplied. The input of device 82 may be connected to the output of a waveform generator.
【0078】次に、第7の実施例に係わるスキャナシス
テムを応用した走査型プローブ顕微鏡(STM)を図1
2を参照して説明する。この実施例では、スキャナ1は
上端が、図示しない固定台に固定されており、下端が自
由端となっている。そして、このスキャナ1の上方に光
学系ユニット71が設けられ、また、下端にステージ3
が取着されている。このステージ3の上面に平面鏡4が
固定されており、この平面鏡4により、光学系ユニット
71からコリメータレンズ6を介して入射する光ビーム
は光学系ユニット71に反射される。この光学系ユニッ
ト71は、前記実施例と同じように反射光ビームからス
キャナ1の変位を検出し、プリアンプ15に出力する。Next, a scanning probe microscope (STM) using the scanner system according to the seventh embodiment is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, the upper end of the scanner 1 is fixed to a fixed base (not shown), and the lower end is a free end. An optical unit 71 is provided above the scanner 1, and a stage 3 is provided at the lower end.
Is attached. A plane mirror 4 is fixed on the upper surface of the stage 3, and a light beam incident from the optical system unit 71 via the collimator lens 6 is reflected by the plane mirror 4 to the optical system unit 71. The optical system unit 71 detects the displacement of the scanner 1 from the reflected light beam and outputs the same to the preamplifier 15 as in the above-described embodiment.
【0079】前記ステージ3の下面には、プローブ80
が下方に向けて、その基端で取着されている。このプロ
ーブ80の先端近くの下方には、試料台83が設けられ
ている。この試料台83の上面には、プローブ80の先
端と微小間隔を有するようにして試料30が支持されて
いる。The lower surface of the stage 3 has a probe 80
Is attached downwards at its proximal end. Below the tip of the probe 80, a sample table 83 is provided. The sample 30 is supported on the upper surface of the sample table 83 so as to have a small distance from the tip of the probe 80.
【0080】この実施例の装置においても、第5の実施
例と同様のSPM測定を行うことにより、ゆがみのない
SPM像が得られる。さらに、この実施例の装置では、
第5の実施例のもののようなプローブスキャン型のSP
Mを用いても測定できないような大きな試料をSPM測
定できる効果がある。従って、大きな試料をSPM測定
したときのSPM像の3次元的なゆがみも補正できる。Also in the apparatus of this embodiment, an SPM image without distortion can be obtained by performing the same SPM measurement as in the fifth embodiment. Further, in the device of this embodiment,
Probe scan type SP as in the fifth embodiment
There is an effect that SPM measurement can be performed on a large sample that cannot be measured even by using M. Therefore, three-dimensional distortion of an SPM image when a large sample is measured by SPM can be corrected.
【0081】次に、第8の実施例に係わるSPM装置
を、図13を参照して説明する。この実施例の装置は、
図11に示す第5の実施例のものと、スキャナ1のXY
走査をフィードバック制御しない点を除いては、実質的
に同じである。即ち、第1並びに第2の波形成型器1
2,13から夫々出力されるX基準信号並びにY基準信
号により、スキャナ1はオープン制御される。ただし、
第5の実施例の場合と同様に、スキャナ1のZ方向の変
位は、プローブ変位センサー81からの信号にもとず
き、フィードバック制御され、また、このときには、演
算回路16からは、プローブ80に対する試料30のX
Y座標に対応したXY信号、並びに、XY座標における
スキャナ1のZ変位信号がSPM像表示装置82に与え
られる。このZ変位信号は、第5の実施例の場合と同様
に、試料30とプローブ80との間の相互作用に比例し
た信号になっている。Next, an SPM device according to an eighth embodiment will be described with reference to FIG. The device of this embodiment is
11 and the XY of the scanner 1
Substantially the same except that the scanning is not feedback controlled. That is, the first and second waveform shaping devices 1
The scanner 1 is open-controlled by the X reference signal and the Y reference signal output from the scanners 2 and 13, respectively. However,
As in the case of the fifth embodiment, the displacement of the scanner 1 in the Z direction is feedback-controlled based on a signal from the probe displacement sensor 81. At this time, the arithmetic circuit 16 sends the probe 80 X of sample 30 with respect to
An XY signal corresponding to the Y coordinate and a Z displacement signal of the scanner 1 at the XY coordinate are given to the SPM image display device 82. This Z displacement signal is a signal proportional to the interaction between the sample 30 and the probe 80, as in the case of the fifth embodiment.
【0082】この第8の実施例の装置においても、SP
M像表示装置82にプローブ80のX位置と、Y位置と
が、その位置においてプローブ80に働く相互作用情報
が供給される。そして、このSPM像表示装置82によ
り、プローブ80のXY位置の情報にしたがって、プロ
ーブ80に働く相互作用情報をマッピングすれば前記実
施例と同様にゆがみのないSPM像が得られる。In the device of the eighth embodiment, the SP
The X position and the Y position of the probe 80 are supplied to the M image display device 82 with interaction information that acts on the probe 80 at that position. If the interaction information acting on the probe 80 is mapped by the SPM image display device 82 according to the information on the XY position of the probe 80, a distortion-free SPM image can be obtained as in the above embodiment.
【0083】第8の実施例の装置においては、スキャン
コントローラ11にスキャナ1のX方向とY方向とに対
する非直線性制御手段を設ける必要がないので構成が簡
単となる。In the apparatus according to the eighth embodiment, since it is not necessary to provide the scanner controller 11 with non-linear control means for the scanner 1 in the X and Y directions, the configuration is simplified.
【0084】次に、第9の実施例に係わる装置を図14
を参照して説明する。この実施例の装置は、図8に示す
第4の実施例のものと、光学式変位センサー内の第2の
ハーフミラー63と第1のポジションディテクタ9aと
の間に臨界角プリズム90が付加されている点を除いて
は、実質的に同じである。このような構成にすることに
より、ハーフミラー63で分岐された光ビームが、夫々
臨界角プリズム65、90を通るので、第1のポジショ
ンディテクタ9a上での集光スポットA1と,第2のポ
ジションディテクタ9b上での集光スポットA2とは光
量、並びに位置の変化量が同じになる。。このため、こ
の実施例では、夫々のポジションディテクタ9a,9b
からの出力信号を演算した結果の誤差が、原理的にはゼ
ロになるという効果がある。Next, the device according to the ninth embodiment is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. The device of this embodiment is different from that of the fourth embodiment shown in FIG. 8 in that a critical angle prism 90 is added between the second half mirror 63 and the first position detector 9a in the optical displacement sensor. Except that they are substantially the same. With such a configuration, the light beams split by the half mirror 63 pass through the critical angle prisms 65 and 90, respectively, so that the condensed spot A1 on the first position detector 9a and the second position The amount of light and the amount of change in position are the same as those of the converging spot A2 on the detector 9b. . For this reason, in this embodiment, the respective position detectors 9a and 9b
There is an effect that the error of the result of the calculation of the output signal from is zero in principle.
【0085】次に、スキャナ1のXYZ方向の変位の検
出方法について説明する。スキャナ1がψ、並びにθ方
向に回動変位したときの、第2のポジションディテクタ
9b上の第2の集光スポットA2の変位と、スキャナ1
がZ方向に変位したしたときの第2の集光スポットA2
の光量分布の変化は第4の実施例の場合と同じである。
したがって、スキャナ1がψ、並びにθ方向に変位とき
の、この第2の集光スポットの変位量をd(ψ),d
(θ)とし、スキャナ1がZ方向に変位したときの第2
の左右の光量分布の差をd(z)とすると、以下のよう
な演算を行うことにより、d(ψ),d(θ)、d
(z)を求めることができる。Next, a method of detecting the displacement of the scanner 1 in the XYZ directions will be described. When the scanner 1 is rotationally displaced in the ψ and θ directions, the displacement of the second converging spot A2 on the second position detector 9b and the scanner 1
The second focused spot A2 when is displaced in the Z direction
Is the same as that of the fourth embodiment.
Therefore, when the scanner 1 is displaced in the ψ and θ directions, the displacement amount of the second converged spot is represented by d (ψ), d
(Θ), the second when the scanner 1 is displaced in the Z direction.
Let d (z) be the difference between the left and right light quantity distributions of d and (d), d (θ), d
(Z) can be obtained.
【0086】 d(ψ)=(A3+A4)−(A1+A2) …(11) d(θ)=(A1+A3)−(A2+A4) …(12) d(z)=(A3+A4)−(A1+A2) …(13) 上記(11)式と(13)式とにより、 d(ψ)+d(z)=2{(A3+A4)−(A1+A2)} …(14) また、第1のポジションディテクタ9a上の集光スポッ
トの位置と光量分布も、スキャナ1のψ,θ、Z方向の
変位に対して、同じように変化し、d(ψ),d
(θ)、d(z)は以下ののようになる。D (ψ) = (A3 + A4) − (A1 + A2) (11) d (θ) = (A1 + A3) − (A2 + A4) (12) d (z) = (A3 + A4) − (A1 + A2) (13) According to the above equations (11) and (13), d (ψ) + d (z) = 2 {(A3 + A4) − (A1 + A2)} (14) Further, the condensed spot on the first position detector 9a And the light amount distribution change in the same manner with respect to the displacement of the scanner 1 in the ψ, θ, and Z directions, and d (ψ), d
(Θ) and d (z) are as follows.
【0087】 d(ψ)=(B2+B4)−(B1+B3) …(15) d(θ)=(B1+B2)−(B3+B4) …(16) d(z)=(B1+B3)−(B2+B4) …(17) 上記(15)式と(16)式とにより、 d(ψ)−d(z)=2{(B2+B4)−(B1+B3)} …(18) また、上記(14)式と(18)式とにより、 2・d(ψ)=2{(A3+A4)−(A1+A2)+
(B2+B4)−(B1+B3)} …(19) そして、上記(14)式と(18)式とにより、 2・d(z)=2[(A3+A4)−(A1+A2)−
{B2+B4)−(B1+B3)}]…(20) また、上記(8)式と(12)式とにより、 2・d(θ)=(A1+A3)−(A2+A4)+(B
1+B2)−(B3+B4) …(21) となる。D (ψ) = (B2 + B4) − (B1 + B3) (15) d (θ) = (B1 + B2) − (B3 + B4) (16) d (z) = (B1 + B3) − (B2 + B4) (17) From the above equations (15) and (16), d (ψ) −d (z) = 2 {(B2 + B4) − (B1 + B3)} (18) Also, the above equations (14) and (18) By the formula, 2 · d (ψ) = 2 {(A3 + A4) − (A1 + A2) +
(B2 + B4) − (B1 + B3)} (19) Then, according to the above equations (14) and (18), 2 · d (z) = 2 [(A3 + A4) − (A1 + A2) −
{B2 + B4)-(B1 + B3)}] (20) Further, according to the above equations (8) and (12), 2 · d (θ) = (A1 + A3) − (A2 + A4) + (B
1 + B2)-(B3 + B4) (21)
【0088】ここで、d(θ)、d(ψ),d(z)
は、スキャナ1のX,Y,Z方向の変位に比例するの
で、 X=(A1+A3)−(A2+A4)+(B1+B2)
−(B3+B4) …(22) Y=(A3+A4)−(A1+A2)+(B2+B4)
−(B1+B3) …(23) Z =2[(A3+A4)−(A1+A2)−{(B2
+B4)−(B1+B3)}]…(24) となる。この(22)式と、(23)式と、(24)式
とによりスキャナ1のX方向と、Y方向と、Z方向との
変位を検出することができる。Here, d (θ), d (ψ), d (z)
Is proportional to the displacement of the scanner 1 in the X, Y, and Z directions, so that X = (A1 + A3)-(A2 + A4) + (B1 + B2)
− (B3 + B4) (22) Y = (A3 + A4) − (A1 + A2) + (B2 + B4)
− (B1 + B3) (23) Z = 2 [(A3 + A4) − (A1 + A2) − {(B2
+ B4)-(B1 + B3)}] (24). The displacements of the scanner 1 in the X direction, the Y direction, and the Z direction can be detected from the expressions (22), (23), and (24).
【0089】このように、この実施例では、光学式変位
センサーのハーフミラー63と、第1のポジションディ
テクタ9aとの間に、臨界プリズム90を付加されてい
るので、両ポジションディテクタ9a,9b上での夫々
の集光スポットの光量と位置の変化量とが同じになり、
このために、夫々のポジションディテクタからの出力を
演算した結果の誤差も原理的にはゼロになり、より精密
な測定ができる効果がある。As described above, in this embodiment, the critical prism 90 is added between the half mirror 63 of the optical displacement sensor and the first position detector 9a. The amount of light and the amount of change in the position of each focused spot at
For this reason, the error of the result of calculating the output from each of the position detectors also becomes zero in principle, and there is an effect that more precise measurement can be performed.
【0090】この第9実施例の装置のように、光学式変
位センサー内の第2のハーフミラー63と第1のポジシ
ョンディテクタ9aとの間に臨界角プリズム90を付加
する技術は、第5ないし第8実施例の装置にも適用でき
ることはもちろんである。As in the apparatus of the ninth embodiment, the technique of adding a critical angle prism 90 between the second half mirror 63 and the first position detector 9a in the optical displacement sensor is described in the fifth to fifth embodiments. Of course, it can be applied to the device of the eighth embodiment.
【0091】尚、上記夫々の実施例では、装置全体を小
形にするために、スキャナ1の変位を測定するための測
定光ビームを円筒状のスキャナ1内を通すようにした
が、このような構成に本発明の技術は限定されるもので
はなく、図15に示すように、平面鏡4をスキャナ1の
外側でステージ3の下面に装着しても良い。この場合に
はコリメータレンズ6並びに光学系ユニット71もスキ
ャナ1の外側に配置することにより、部品の配置、保守
点検が容易となる効果がある。この場合にも、平面鏡4
の位置は、ステージ3の下側に限定されるものではな
く、例えば、ステージ3の上面に固定して、光学系ユニ
ット71をこれの上方に配置しても良い。In each of the above embodiments, the measuring light beam for measuring the displacement of the scanner 1 is passed through the cylindrical scanner 1 in order to reduce the size of the entire apparatus. The technique of the present invention is not limited to the configuration, and the plane mirror 4 may be mounted on the lower surface of the stage 3 outside the scanner 1 as shown in FIG. In this case, by arranging the collimator lens 6 and the optical system unit 71 outside the scanner 1, there is an effect that the arrangement of parts and the maintenance and inspection are facilitated. Also in this case, the plane mirror 4
Is not limited to the lower side of the stage 3. For example, the optical system unit 71 may be fixed above the stage 3 and disposed above the stage 3.
【0092】図16は、本発明の基本思想であるスキャ
ナを構成する圧電体の変位の補正をしない場合の、圧電
体への印加電圧と、圧電体の変位との関係を示す。この
図で理解できるように、印加電圧の増減に従って、圧電
体は直線的には変形しない。FIG. 16 shows the relationship between the voltage applied to the piezoelectric body and the displacement of the piezoelectric body when the displacement of the piezoelectric body constituting the scanner, which is the basic idea of the present invention, is not corrected. As can be understood from this figure, the piezoelectric body does not deform linearly as the applied voltage increases or decreases.
【0093】上記実施例では、走査部材としてプローブ
を使用したが、顕微鏡の種類に応じて他の形態のものが
使用され、電子ビーム、光ビーム、超音波ビームをここ
から放出する、例えば開口を有する他の部材でも良い。In the above embodiment, a probe is used as a scanning member. However, other types are used depending on the type of microscope, and an electron beam, a light beam, and an ultrasonic beam are emitted therefrom. Other members may be used.
【図1】第1の実施例に係るスキャナシステムの概略構
成を一部破断して示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a scanner system according to a first embodiment, partially cut away;
【図2】図1に示すスキャナシステムの光学系ユニット
を、スキャナが変形された状態で示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an optical system unit of the scanner system shown in FIG. 1 in a state where the scanner is deformed.
【図3】本発明の第2の実施例に係る、スキャナシステ
ムを使用した走査型プローブ顕微鏡を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a scanning probe microscope using a scanner system according to a second embodiment of the present invention.
【図4】図3に示す装置のZ方向変位検出機構を示す図
である。4 is a diagram showing a Z-direction displacement detection mechanism of the device shown in FIG.
【図5】(a)ないし(c)は、図4に示すZ方向変位
検出機構の動作を説明するための図で、受光面と集光ス
ポットとの夫々ことなる位置関係を示す。5 (a) to 5 (c) are diagrams for explaining the operation of the Z-direction displacement detecting mechanism shown in FIG. 4, and show different positional relationships between a light receiving surface and a condensing spot.
【図6】図6は、第3の実施例に係わる走査型プローブ
顕微鏡を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a scanning probe microscope according to a third embodiment.
【図7】(a)ないし(c)は、第4の実施例の走査型
プローブ顕微鏡の変位検出機構の動作を説明するための
図で、受光面と集光スポットとの夫々ことなる位置関係
を示す。FIGS. 7A to 7C are diagrams for explaining the operation of a displacement detection mechanism of a scanning probe microscope according to a fourth embodiment, and show different positional relationships between a light receiving surface and a converging spot; Is shown.
【図8】図7に示す動作原理にもとずく、第4の実施例
に係わる走査型プローブ顕微鏡の全体を概略的に示す図
である。FIG. 8 is a diagram schematically showing an entire scanning probe microscope according to a fourth embodiment, based on the operation principle shown in FIG. 7;
【図9】第5の実施例に係わるスキャナシステムを示す
図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a scanner system according to a fifth embodiment.
【図10】図9に示すスキャナシステムを使用した走査
型プローブ顕微鏡を概略的に示す図である。FIG. 10 is a view schematically showing a scanning probe microscope using the scanner system shown in FIG. 9;
【図11】第6の原子間力顕微鏡を概略的に示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram schematically showing a sixth atomic force microscope.
【図12】第7の原子間力顕微鏡を概略的に示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram schematically showing a seventh atomic force microscope.
【図13】第8の原子間力顕微鏡を概略的に示す図であ
る。FIG. 13 is a diagram schematically showing an eighth atomic force microscope.
【図14】第9の原子間力顕微鏡を説明するための図
で、(a)は全体を概略的に示し、(b)は第1のポジ
ションディテクタの平面図、そして(c)は第2のポジ
ションディテクタの平面図である。14A and 14B are diagrams for explaining a ninth atomic force microscope, wherein FIG. 14A schematically shows the whole, FIG. 14B is a plan view of a first position detector, and FIG. FIG. 3 is a plan view of the position detector of FIG.
【図15】本発明に係わるスキャナシステムの変形例を
説明する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a modified example of the scanner system according to the present invention.
【図16】従来の装置での、圧電体への印加電圧と圧電
体の変位との関係を示す線図である。FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a voltage applied to a piezoelectric body and a displacement of the piezoelectric body in a conventional device.
1… 圧電体スキャナ、3…ステージ、4…平面鏡、6
…コリメータレンズ、8…光源、9…ポジションディテ
クタ、11…スキャンコントローラ、12…第1の波形
発生器、13…第2の波形発生器、14…スキャナドラ
イバ、16…演算回路、19…スキャナ変位検出部、3
0…試料、80…プローブ。1. Piezoelectric scanner, 3. Stage, 4. Planar mirror, 6.
... Collimator lens, 8 ... Light source, 9 ... Position detector, 11 ... Scan controller, 12 ... First waveform generator, 13 ... Second waveform generator, 14 ... Scanner driver, 16 ... Operation circuit, 19 ... Scanner displacement Detection unit, 3
0: sample, 80: probe.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 明 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−6405(JP,A) 特開 平4−1517(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 21/30 G01B 11/26 H01J 37/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Akira Yagi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (56) References JP-A-3-6405 (JP, A) Hei 4-1517 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 21/30 G01B 11/26 H01J 37/28
Claims (7)
めのスキャナと、 このスキャナの固定端部に対する自由端部の変位を検出
するために、この自由端部に設けられたミラーと、 前記固定端部からミラーに光を照射して、ミラーの傾き
角を検出することにより、スキャナのxy変位を検出す
る光学式変位検出手段とを備えたことを特徴とするスキ
ャナシステム。A scanner for relatively scanning a scanning member and a sample; a mirror provided at the free end for detecting displacement of the free end with respect to a fixed end of the scanner; A scanner system comprising: an optical displacement detection unit that irradiates light from the fixed end to a mirror and detects an inclination angle of the mirror to detect an xy displacement of the scanner.
は、前記スキャナの内側に光路を有する請求項1記載の
スキャナシステム。2. The scanner system according to claim 1, wherein said mirror and said optical displacement detecting means have an optical path inside said scanner.
は、前記スキャナの外側に光路を有する請求項1もしく
は2記載のスキャナシステム。3. The scanner system according to claim 1, wherein the mirror and the optical displacement detecting means have an optical path outside the scanner.
は、平行光である請求項1ないし3のいずれか1記載の
スキャナシステム。4. The scanner system according to claim 1, wherein the light emitted from the fixed end to the mirror is a parallel light.
は、コリメータレンズで得る請求項4記載のスキャナシ
ステム。5. The scanner system according to claim 4, wherein the light emitted from the fixed end to the mirror is obtained by a collimator lens.
ディテクタを有する請求項1ないし5のいずれか1記載
のスキャナシステム。6. The scanner system according to claim 1, wherein said optical displacement detecting means has a four-division photodetector.
スキャナシステムを用いる走査顕微鏡。7. A scanning microscope using the scanner system according to claim 1.
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