JPH06174460A

JPH06174460A - スキャナシステム

Info

Publication number: JPH06174460A
Application number: JP32948292A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ito; 修一伊東; Yasushi Miyamoto; 裕史宮本
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】スキャナのＸ，Ｙ，Ｚ方向の非直線性を補正し
て、歪みがなく定量的に正確性の高い像を得ること。【構成】スキャナ１に向けて半導体レーザ８の光を照射
し、フォトディテクタ４が上記半導体レーザ８の上記ス
キャナ１での反射光を受光する。そして、プリアンプ１
１が上記フォトディテクタ４のスポット位置を示す信号
を出力し、演算回路１２が上記出力信号に基づいて上記
スキャナ１の変位状態を求め、当該変位状態を示す変位
信号を出力する。さらに、スキャンコントローラ１４が
上記演算回路１２からの変位信号に基づいて制御信号を
生成し、非直線性補正部１４ａが該制御信号に所定の補
正を加え、スキャナドライバ１７がこの補正された制御
信号に基づいて上記スキャナ１の電極に電圧印加を行
い、当該電圧の印加状態に応じた変位を上記スキャナ１
に生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高分解能を有す
る走査型プローブ顕微鏡等に適用されるスキャナシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、走査型トンネル顕微鏡(STM;Scann
ing Tunneling Microscope) や原子間力顕微鏡(AFM;Ato
mic Force Microscope) など、簡単な構成で原子サイズ
レベルの高い縦横方向分解能を有する走査型プローブ顕
微鏡に関する技術が特開昭６２−１３０３０２号公報に
より開示されている。この高い分解能を実現するために
は、プローブと測定試料の相対位置を精度良く制御でき
るようなステージが必要であり、圧電体を用いたトライ
ポッド型、或いはチューブ型の圧電体スキャナがそのス
テージとして使われている。

【０００３】このようなステージは、ＳＴＭにおいては
探針のステージであり、ＡＦＭにおいては試料のステー
ジであるが、一般に数ボルトから数百ボルトの電圧を印
加して、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に変位を生じさせる機構になっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
圧電体を用いた場合、多くの圧電材料においては、電圧
駆動を行った時の圧電体を用いたステージの動きはヒス
テリシスやクリーブなどの現象を示すことがよく知られ
ており、このようなステージの非直線性は、走査型プロ
ーブ顕微鏡においては像の歪みとなって現れ、定量的な
測定をしようとする時の妨げとなっていた。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、スキャナのＸ，Ｙ，Ｚ方
向の非直線性を補正して、スキャナの非直線性を取り除
き、測定中、常に所望の動きをさせ、歪みがなく定量的
に正確性の高い像が得られる走査型プローブ顕微鏡を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスキャナシステムでは、複数の駆動電極を
有するスキャナ手段と、上記スキャナ手段に向けて光を
照射する光源と、上記光源光の上記スキャナ手段での反
射光を受光する受光手段と、上記受光手段の受光位置を
示す信号を出力する出力手段と、上記出力信号に基づい
て上記スキャナの変位状態を求め、当該変位状態を示す
変位信号を出力する演算手段と、上記演算手段からの変
位信号に基づいて制御信号を生成し、当該制御信号に所
定の補正を加える補正手段と、上記補正手段により補正
された制御信号に基づいて上記スキャナ手段の駆動電極
に電圧を印加し、当該電圧の印加状態に応じた変位を上
記スキャナ手段に生じさせる駆動制御手段とを具備する
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】即ち、本発明のスキャナシステムは、スキャナ
手段に向けて光源の光を照射し、受光手段が上記光源光
の上記スキャナ手段での反射光を受光する。そして、出
力手段が上記受光手段の受光位置を示す信号を出力し、
演算手段が上記出力信号に基づいて上記スキャナの変位
状態を求め、当該変位状態を示す変位信号を出力する。
さらに、補正手段が上記演算手段からの変位信号に基づ
いて制御信号を生成し、当該制御信号に所定の補正を加
え、駆動制御手段が上記補正手段により補正された制御
信号に基づいて上記スキャナ手段の駆動電極に電圧を印
加し、当該電圧の印加状態に応じた変位を上記スキャナ
手段に生じさせる。

【０００８】

【実施例】先ず、本発明の実施例について説明する前
に、本発明の概要について簡単に説明する。本発明にお
いては、スキャナに光学的な変位センサを組み込むこと
により、上記したような目的を達成するものである。即
ち、スキャナの動きをモニタし、フィードバック制御を
行うことによりスキャナの非直線性を取り除き、測定
中、常に所望の動きをさせることを可能にする。

【０００９】あるいは、ＳＴＭやＡＦＭの場合には、上
記フィードバック制御を行わなくとも、変位センサから
のモニタ信号に合わせて、Ｘ，Ｙ座標を新たにコンピュ
ータ上に起こし、取り込んだＳＴＭ，ＡＦＭ信号を再配
置するよう画像処理しても実質的に本発明の目的を達成
する。

【００１０】さらに、本発明は上記変位センサにも特徴
を有しており、当該変位センサとしては、光学式変位セ
ンサ以外にも磁気センサや容量センサなどが挙げられる
が、これらのセンサは圧電体にかなりの高電圧が印加さ
れることからノイズの問題が懸念される。これに対し
て、光学的な変位センサは非接触であり、遠くよりセン
サ光を導けることから、ノイズに強い測定系とすること
もできる。

【００１１】また、本発明の光学的な変位センサは、光
の干渉を測定せずに、スキャナの変位によるセンサ光の
幾何光学的なずれを読み取る方式を用いている。この光
の干渉によるセンサ光の強度変調を読む方式の場合、一
波長或いは半波長を越えるような変位に対してはサイン
波のよう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、スキャナの
変位が急速である場合にはカウント・ミスなどが避けら
れず誤差の原因になってしまう。しかしながら、本発明
が採用した「ずれを読み取る方式」によれば、インクリ
メント方式ではないので、上記誤差をも回避することが
できる。以下、図面を参照して、本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係
るスキャナシステムの円筒型圧電体の周辺の構成を示す
図である。

【００１２】同図に示すように、円筒型圧電体１の上面
にはステージ２が固定されており、該ステージ２の下面
には図に示すＸ軸とＹ軸に沿ってステージ２の軸に対象
な位置に４つのミラー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄがそれぞ
れ固定されている。そして、この４つのミラーの外側に
は４つの２分割フォトディテクタ(PD;Photo detector)
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがそれぞれ配置されている。

【００１３】さらに、このミラー３ａの鉛直下にはミラ
ー５ａが配置され、当該ミラー５ａからＹ軸に沿ってハ
ーフビームスプリッタ(HBS;Half beam splitter)６ａ、
コリメートレンズ７ａ、半導体レーザ８ａが順に配置さ
れている。同様に、Ｘ軸上のミラー３ｄの下方には、Ｘ
軸に沿ってミラー５ｂ、ＨＢＳ６ｂ、コリメートレンズ
７ｂ、半導体レーザ８ｂが順に配置されている。

【００１４】このような構成において、半導体レーザ８
ａから出射されたレーザ光９ａは、コリメータレンズ７
ａを通過し、平行光になってＨＢＳ６ａに入射し、該Ｈ
ＢＳ６ａからの光は水平方向のビーム１０ａと鉛直上向
きのビーム１０ｂに分割される。そして、この水平方向
のビーム１０ａは、ミラー５ａで鉛直上向きの光にされ
て、ステージ２の下面に設けられたミラー３ａで反射し
た後、ＰＤ４ａの受光面上にスポットを形成する。同様
に、鉛直方向のビーム１０ｂは、ステージの下面に設け
られたミラー３ｂで反射した後、ＰＤ４ｂの受光面上に
スポットを形成する。そして、上記コリメータレンズ７
ｂを通過した光９ｂも、同様にして二つの平行ビーム１
０ｃ、１０ｄとなった後、上記スキャナ１が変位してい
ない場合には、各ＰＤ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの受光面
の中央にスポットが形成され、各ＰＤ４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄにより受光面上のスポットの位置が検出され
る。次に、図２は本発明の第１の実施例に係るスキャナ
システムの全体構成を示す図である。

【００１５】同図において、プリアンプ１１は、ＰＤ４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの出力信号、即ち、スポットの位
置を示す信号を増幅し演算回路１２へと出力する。そし
て、この演算回路１２は、上記プリアンプ１１で増幅さ
れた各ＰＤの出力信号を受け、この出力信号に基づいて
スキャナ１の変位状態を求め、当該変位状態を示す変位
信号をスキャナコントローラ１４に供給する。

【００１６】さらに、このスキャナコントローラ１４
は、非直線性補正部１４ａを有しており、当該非直線性
補正部１４ａは、上記演算回路１２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。そして、スキャナドライバ１７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。

【００１７】また、スキャナドライバ１７が、スキャナ
コントローラ１４から出力される制御信号に基づいてス
キャナ１の４つの電極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。

【００１８】例えば、図３に示すように、スキャナ１が
水平方向に傾いて変位している場合には、ステージ２、
ミラー３ａ，３ｂ、がある角度で傾くため、ＰＤ４ａ，
４ｂの受光面上のスポットは各ＰＤ４ａ，４ｂの中央か
らずれた位置に形成される。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に
は、ミラー３ａ，３ｂに入射した光は２θの角度をもっ
て反射するため、ＰＤ４ａ，４ｂの受光面上のスポット
の位置も、その角度に相当する値だけ受光面の中央から
ずれる。ところで、ＰＤ４ａ，４ｂ上でのスポットの形
成位置のずれ量ｄとアクチュエータ１の傾きθとの間に
は、次式（１）のような関係がある。ｄ＝α・ｔａｎ（２θ） …（１）

【００１９】従って、ＰＤ４ａ，４ｂにより、スポット
の形成位置のずれ量ｄを検出することにより、前記
（１）式に基づいてスキャナ１の傾きθを求めることが
できる。即ち、二分割ＰＤ４ａの上側の受光面をａ₀、
下側の受光面の受光量をｂ₀、Ｙ方向の変位ｄｙ、Ｌを
定数とすると、θが十分に小さく、且つレーザ光量の変
動がないとき、上記（１）式は次式（２）のように示さ
れる。ａ₀−ｂ₀＝Ｌ・ｄｙ …（２）また、スキャナ１が図４に示すように鉛直方向に変位し
ている場合には、ＰＤ４ａ、４ｂ上のスポットの位置も
同じ方向にずれる。

【００２０】具体的にはスキャナ１が基準状態からｄｚ
だけ変位したときＰＤ４ａ、４ｂ上のスポット位置も基
準位置からｄｚだけずれる。このとき、ｄｙ変位のとき
と同様に、Ｋを定数とすると、次式（３）のようにな
る。ａ₀−ｂ₀＝Ｋ・ｄｚ …（３）そして、上記スキャナ１がｄｙ，ｄｚの両方向に変位し
たときは、上記（２），（３）式より、次式（４）のよ
うに示される。ａ₀−ｂ₀＝Ｌ・ｄｙ＋Ｋ・ｄｚ …（４）

【００２１】同様に、ビーム１０ａの光量がビーム１０
ｂの光量と等しいとき、ＰＤ４ｂの上側の受光面の受光
量をａ₁、下側の受光面の受光量をｂ₁とすると、次式
（５）のように示される。ａ₁−ｂ₁＝−Ｌ・ｄｙ＋Ｋ・ｄｚ …（５）

【００２２】同様に、ビーム１０ｃ、１０ｄの光量がビ
ーム１０ａ，１０ｂの光量と等しいとき、ＰＤ４ｃの上
側の受光面の受光量をａ₂，下側の受光面の受光量をｂ
₂、ＰＤ４ｄの上側の受光面の受光量をａ₃、下側の受
光面の受光量をｂ₃とすると、次式（６），（７）のよ
うになる。ａ₂−ｂ₂＝Ｌ・ｄｘ＋Ｋ・ｄｚ …（６）ａ₃−ｂ₃＝−Ｌ・ｄｘ＋Ｋ・ｄｚ …（７）即ち、上記（４）、（５）式より、ｄｙ＝｛（ａ₀−ｂ₀）−（ａ₁−ｂ₁）｝／（−２・Ｌ） …（８）さらに、上記（６）、（７）式より、ｄｘ＝｛（ａ₂−ｂ₂）−（ａ₃−ｂ₃）｝／（２・Ｌ） …（９）また、上記（４）、（５）、（６）、（７）式より、ｄｚ＝｛（ａ₀−ｂ₀）＋（ａ₁−ｂ₁）＋（ａ₂−ｂ₂）＋（ａ₃−ｂ₃）｝／４Ｋ …（１０）となり、演算回路１２内で、各ＰＤの受光量を演算する
ことにより、スキャナ１の変位信号ｄｘ，ｄｙ，ｄｚが
得られる。

【００２３】もし、レーザの光量の変動が無視できない
場合には、コンパクトディスクなどに用いられている光
ピックアップと同様に各ＰＤ４ａ〜４ｄの出力を各ＰＤ
の全体の光量で除算すればよい。

【００２４】このようにして、Ｘ，Ｙ方向に関して、ス
キャナコントローラ１４では、波形発生器１５、１６の
それぞれから出力される基準波形に基づき、ステージ２
を所定状態に変位させるべくＸ方向及びＹ方向の各々か
ら出力される基準波形に基づき、ステージ２を所定状態
に変位させるべくＸ方向及びＹ方向のそれぞれの制御信
号を生成しているが、この状態で非直線性制御手段１４
ａがモニタ信号を監視し、現在所望とするステージ２の
状態との偏差を求める。

【００２５】そして、所望とするステージ２の状態と実
際のステージ２の状態との間には、スキャナ１を構成す
る圧電対の変位に生じるヒステリシスやクリープなどに
よって偏差が生じるので、非直線性制御手段１４ａは、
この偏差を補償するように制御信号を変化させる。即
ち、演算回路１２にて求められる実際のステージ２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。

【００２６】また、Ｚ方向に関しては、カンチレバー２
０のＺ方向の変位を、例えば光てこ等のカンチレバーセ
ンサ１８でモニタし、その信号をプリアンプ１２で増幅
し、スキャナドライバ１７を介して、カンチレバー２０
のＺ方向の変位が“０”になるようにスキャナ１を駆動
する。そのときのスキャナ１のＺ方向の変位は、演算回
路１２から得られるｄｚ信号をモニタすることにより得
られる。即ち、演算回路１２から得られるｄｘ，ｄｙ，
ｄｚ信号を、凹凸像モニタ１３でモニタすることによ
り、ヒステリシスやクリープのないサンプル２１の凹凸
像を得ることができるのである。

【００２７】以上説明したように、第１の実施例によれ
ば、実際のステージ２の状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ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２のＸ，
Ｙ方向の状態が所望の状態となるように、フィードバッ
ク制御されるので、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が生じていても、これがステ
ージ２の変位に影響することが防止され、ステージ２の
Ｘ，Ｙ方向の状態を良好に制御した状態でヒステリシス
やクリープのない凹凸像を得ることができる。また、圧
電体が経時変化し、その圧電定数が変化しても、ステー
ジ２の状態を光学的に常にモニタしているので、例え
ば、ＡＦＭ測定やＳＴＭ測定で得られた像が圧電体の経
時変化の悪影響を受けることはない。

【００２８】さらに、第１の実施例によれば、ステージ
２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の混入がなく、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
悪影響によるノイズの混入が懸念される。

【００２９】また、第１の実施例では、ステージ２の変
位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、正弦波状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。次に、図５は、本発明の
第２の実施例に係るスキャナシステムの円筒型圧電体の
周辺の構成を示す図である。

【００３０】同図に示すように、ステージ２の下面、Ｙ
軸に沿ってミラー３ａ，３ｂが配置されており、そのミ
ラー３ａ，３ｂの外側には、それぞれ４分割フォトディ
テクタ２２ａ，２２ｂが配置されている。この他、半導
体レーザ８ａからミラー３ａ，３ｂまでの光学部品の配
置は第１の実施例と全く同じである。このように、第１
の実施例では２分割フォトディテクタを４個配していた
が、第２の実施例では、４分割フォトディテクタを配す
ることによってフォトディテクタの数を２個に減らし、
光源及び光学部品の数を半分に減らしていることに特徴
がある。

【００３１】このような構成において、半導体レーザ８
ａから出射されたレーザ光９ａは、コリメートレンズ７
ａで平行光に変換された後、ハーフビームスプリッタ６
ａに入射する。そして、このレーザ光９ａは光量の等し
い二つのビーム１０ａ、１０ｂに分割され、ビーム１０
ａはミラー６ｂ、３ｂで反射した後、４分割フォトディ
テクタ２２ｂに入射する。そして、ＰＤ２２ａの４分割
受光面ａ₁，ｂ₁，ｃ₁，ｄ₁，ＰＤ２２ｂの４分割受
光面ａ₂，ｂ₂，ｃ₂，ｄ₂上にレーザ光のスポットが
形成され、各ＰＤは受光面上のスポットの位置を検出す
る。

【００３２】ここで、上記ＰＤ２２ａの４分割受光面ａ
₁，ｂ₁，ｃ₁，ｄ₁の受光量をａ₁，ｂ₁，ｃ₁，ｄ
₁とし、ＰＤ２２ｂの４分割受光面ａ₂，ｂ₂，ｃ₂，
ｄ₂の受光量をａ₂，ｂ₂，ｃ₂，ｄ₂とすると、半導
体レーザ８ａのパワーの変動がなく、且つ、ビーム１０
ａと１０ｂの光量が等しい時、第１の実施例と同様にし
て以下のように示される。但し、Ｍ，Ｎは定数である。ｄｙ＝［｛（ａ₁＋ｂ₁）−（ｃ₁＋ｄ₁）｝ −｛（ａ₂＋ｂ₂）−（ｃ₂＋ｄ₂）｝］／（２・Ｍ）…（１１）ｄｚ＝［｛（ａ₁＋ｂ₁）−（ｃ₁＋ｄ₁）｝ −｛（ａ₂＋ｂ₂）−（ｃ₂＋ｄ₂）｝］／（２・Ｎ）…（１２）

【００３３】また、Ｘ方向の変位に対しては、スキャナ
１の上面図、図６に示すように、スキャナ１がＸ方向に
ｄｘだけ変位したときに、ＰＤ２２ａ、２２ｂ上のレー
ザスポットもｄｘだけ変位する。このｄｘは次式（１
３）で示される。但し、Ｐは定数である。ｄｘ＝［｛（ｂ₁＋ｄ₁）−（ａ₁＋ｃ₁）｝ −｛（ｂ₂＋ｄ₂）−（ａ₂＋ｃ₂）｝］／（２・Ｐ）…（１３）

【００３４】この場合、第１の実施例と同様に半導体レ
ーザ８ａのパワーの変動が無視できないときは、ＰＤ２
２ａ，２２ｂの出力をＰＤ２２ａ，２２ｂ全体の光量で
除算すればよい。

【００３５】これらの演算を第１の実施例と同様に、図
２の演算回路１２で行うことによりスキャナ１の変位ｄ
ｘ，ｄｙ，ｄｚが得られるため、ｄｘ，ｄｙ信号によ
り、ステージ２の状態が所望の状態になるようにフィー
ドバック制御した状態で、ステージ２の走査を行い、ｄ
ｚ信号をモニタすることにより、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が生じていて
も、これがステージ１の変位に影響することが防止さ
れ、良好なＡＦＭ像が得られる。

【００３６】以上説明したように、第２の実施例では４
分割フォトディテクタを配することによってフォトディ
テクタの数を２個に減らし、光源及び光学部品の数も半
分に減らすことができるため装置全体を小型化すること
ができる。また、ステージ５１に配置するミラーが２個
に減るので、スキャナ１の固有振動数もあまり低くなら
ない。

【００３７】次に、図７は、本発明のスキャナシステム
の第３の実施例に係る円筒型圧電体の周辺の構成図を示
す図である。本実施例は、第１の実施例の変位センサの
分解能を向上させる機能を付加した構成になっている。

【００３８】同図において、スキャナ１が筐体２４に固
定され、このスキャナ１の上端に配置されたステージ２
の下面に固定されたミラー３ａ，３ｂと向かい合わせに
ミラー２３ａ，２３ｂが筐体２４に固定されている。

【００３９】上記第１の実施例では、スキャナ１の下方
から導入された光は、ステージ２の下面に固定されたミ
ラー３ａ，３ｂで１回だけ反射した後、２分割フォトデ
ィテクタ４ａ、４ｂに入射していたが、本実施例の場合
には、レーザ光２６ｂは、ミラー３ｂで１回反射した
後、ミラー２３ｂに入射し反射し、再びミラー３ｂに入
射し反射し、ＰＤ４ｂに入射する。

【００４０】よって、スキャナ１がθだけ変化したと
き、ＰＤ４ｂに入射するビーム２６ｂの入射角度は４θ
だけ変位する。さらに、Ｘ方向に関しても同じことが言
えるため、第１の実施例に比べて、第２実施例のスキャ
ナ１の変位ｄｘ，ｄｙに対するセンサの感度は２倍にな
る。また、ｄｚに対する感度もミラー２３ｂを不可する
ことにより２倍となるのだが、以下、図７の一部拡大図
である図８を用いてこれについて説明する。

【００４１】即ち、ミラー２３ｂがないとき、スキャナ
１が基準位置（波線の状態）からｄｚだけ変位して実線
の位置まで移動したとすると、２分割フォトディテクタ
４ｂに入射するビームの位置は、ＡからＢに移動する。
よって、このときの移動量はｄｚである。しかし、ミラ
ー２３ｂがあると、ビームはミラー３ｂで２回反射する
ため、２分割フォトデイテクタ４ｂに入射するビームの
位置はＣからＤに移動する。よって、このときの移動量
は２・ｄｚとなるのである。

【００４２】尚、ステージ２の下面に固定されたミラー
３ｂ上でのビームの反射回数は、２回に限られない。即
ち、スペースが許す限り、ミラー３ｂとミラー２３ｂと
の間で反射を繰り返すことにより、スキャナ１の変位に
対するセンサの分解能を向上させることができる。

【００４３】以上説明したように、上記第１の実施例の
構成だと分解能が限られるため圧電体の変位量が大きな
領域でしか使えないが、第３の実施例の構成により、圧
電体の変位量が小さな、例えば原子凹凸の測定の際の圧
電体のヒステリシス及びクリープをも補正することがで
きるため、第１の実施例で述べたように、サンプルの凹
凸の大きさによって凹凸像を得るための信号源を切り替
えることが不必要になる。

【００４４】以上詳述したように、本発明のスキャンシ
ステムによれば、スキャナのＸＹ方向のヒステリシスな
どの非直線性を補正して、制御性の良い、精度の高いス
テージを提供すると共に、スキャナのｚ方向の変位を正
確にモニタすることにより、スキャナのｚ方向のヒステ
リシスなどの非直線性のない正確なＡＦＭ像、ＳＴＭ像
が得られる。しかも、スキャナの下部へ組み込んで、極
めてコンパクトに全体をまとめることができ、走査型プ
ローブ顕微鏡で求められる外部からの機械振動ノイズに
対して強い系とすることができる。尚、本発明のスキャ
ンシステムは、上記実施例に限定されるものではない。

【００４５】例えば、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、上
記演算回路１２からのモニタ信号に合わせて、Ｘ，Ｙ座
標を新たにコンピュータ上に起こし、このＸ，Ｙ座標上
にＳＴＭ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。

【００４６】また、走査型プローブ顕微鏡で原子像を測
定するような場合は、このスキャナシステムのｚ方向の
分解能が不足することが有り得るが、そのような場合に
は、圧電体のヒステリシスなどによる非直線性は無視で
きる程、小さいので、サンプルを一度プリスキャンし、
凹凸信号の最大と最小の差がある一定以下のときに凹凸
像を得るための信号をこのスキャナシステムのｄｚ出力
信号から圧電体の印加電圧を直接モニタする方法に切り
替えるようにすることができる。

【００４７】さらに、実施例では、光源として半導体レ
ーザ８ａ、８ｂ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
合には光干渉による悪影響を軽減することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、スキャナのＸ，Ｙ，Ｚ
方向の非直線性を補正して、歪みがなく定量的に正確性
の高い像を得ることができるスキャナシステムを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るスキャナシステム
の円筒型圧電体の周辺の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係るスキャナシステム
の全体構成を示す図である。

【図３】スキャナ１が水平方向に傾いて変位している様
子を示す図である。

【図４】スキャナ１が鉛直方向に変位している様子を示
す図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係るスキャナシステム
の円筒型圧電体の周辺の構成を示す図である。

【図６】スキャナ１がＸ方向にｄｘだけ変位した様子を
示す図である。

【図７】本発明のスキャナシステムの第３の実施例に係
る円筒型圧電体の周辺の構成図を示す図である。

【図８】第３の実施例に係るスキャナシステムの一部を
詳細に示す図である。

【符号の説明】

１…円筒型圧電体、２…ステージ、３…ミラー、４…２
分割フォトディテクタ、５…ミラー、６…ハーフビーム
スプリッタ、７…コリメートレンズ、８…半導体レー
ザ、９…レーザ光、１０…ビーム、１１…プリアンプ、
１２…演算回路、１３…凹凸像モニタ、１４…スキャナ
コントローラ、１５，１６…波形発生器、１７…スキャ
ナドライバ、１８…カンチレバーセンサ、１９…プリア
ンプ、２０…カンチレバー、２１…試料、２２…４分割
フォトダイオード、２３…ミラー、２４…筐体、２５…
レーザ光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の駆動電極を有するスキャナ手段
と、上記スキャナ手段に向けて光を照射する光源と、上記光源光の上記スキャナ手段での反射光を受光する受
光手段と、上記受光手段の受光位置を示す信号を出力する出力手段
と、上記出力信号に基づいて上記スキャナの変位状態を求
め、当該変位状態を示す変位信号を出力する演算手段
と、上記演算手段からの変位信号に基づいて制御信号を生成
し、当該制御信号に所定の補正を加える補正手段と、上記補正手段により補正された制御信号に基づいて上記
スキャナ手段の駆動電極に電圧を印加し、当該電圧の印
加状態に応じた変位を上記スキャナ手段に生じさせる駆
動制御手段と、を具備することを特徴とするスキャナシ
ステム。