JPH06281445A - Scanner system - Google Patents

Scanner system

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JPH06281445A
JPH06281445A JP5066359A JP6635993A JPH06281445A JP H06281445 A JPH06281445 A JP H06281445A JP 5066359 A JP5066359 A JP 5066359A JP 6635993 A JP6635993 A JP 6635993A JP H06281445 A JPH06281445 A JP H06281445A
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scanner
tube scanner
tube
displacement
piezoelectric body
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Japanese (ja)
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Akitoshi Toda
明敏 戸田
Tsugiko Takase
つぎ子 高瀬
Yasushi Miyamoto
裕史 宮本
Shuichi Ito
修一 伊東
Akira Yagi
明 八木
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a scanner system to be operated to exclude the effects of the variance of the characteristics of the parts of each driving electrode of a tube scanner. CONSTITUTION:A scanner system is provided with a tube scanner 12 mounted on a fixed table 52, four scanning signal generating circuits 32, 34, 36, 38, and high voltage amplifiers 42, 44, 46, 48 to amplify the signals from the respective scan signal generating circuits 32, 34, 36, 38. A tube scanner 12 is provided with a cylindrical piezoelectric body, a common electrode mounted on the inner circumferential surface, and four driving electrodes provided on the outer circumferential surface. The scan signal is supplied to four driving electrodes from the high voltage amplifiers 42, 44, 46, 48 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
において走査手段として使用するスキャナーシステムに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanner system used as a scanning means in a scanning probe microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子レベルの高い縦横方向分解能を有す
る表面検査装置として走査型プローブ顕微鏡(SPM)
が提案されている。SPMとしては、走査型トンネル顕
微鏡(STM)と原子間力顕微鏡(AFM)がよく知ら
れており、AFMは絶縁体や半導体のパターン検査装置
としても使用できることから近年とくに注目されてい
る。
2. Description of the Related Art A scanning probe microscope (SPM) is used as a surface inspection apparatus having a high resolution in the vertical and horizontal directions at the atomic level.
Is proposed. Scanning tunneling microscopes (STMs) and atomic force microscopes (AFMs) are well known as SPMs, and since AFMs can also be used as pattern inspection devices for insulators and semiconductors, they have received special attention in recent years.

【0003】一般にSPMでは、その走査手段には移動
量を高精度に制御できる圧電体スキャナーを用いてい
る。圧電体スキャナーは、基本的に圧電体とその表面に
設けた電極とで構成され、電極に印加する電圧を制御す
ることによりnmオーダーで変位を制御することができ
る。圧電体スキャナーの中でも、円筒形状の圧電体を使
用したチューブスキャナーと呼ばれるものは、円筒形状
であることから剛性が高く、最近では圧電体スキャナー
の主流になっている。次にこのチューブスキャナーにつ
いて図面を参照しつつ説明する。
Generally, in SPM, a piezoelectric scanner capable of controlling the movement amount with high precision is used as the scanning means. The piezoelectric scanner is basically composed of a piezoelectric body and an electrode provided on the surface thereof, and the displacement can be controlled in nm order by controlling the voltage applied to the electrode. Among the piezoelectric body scanners, a tube scanner using a cylindrical piezoelectric body has high rigidity due to its cylindrical shape, and has recently become the mainstream of piezoelectric body scanners. Next, this tube scanner will be described with reference to the drawings.

【0004】チューブスキャナー12は、図4に示すよ
うに、円筒形状の圧電体セラミックス14と、その内周
面に設けた共通電極16と、外周面に設けた四つの駆動
電極22、24、26、28とを有している。チューブ
スキャナー12のXY方向への駆動は、対向した二つの
電極22と24あるいは26と28には絶対値の等しい
逆極性の電圧を印加して行ない、その移動量(変位)は
印加電圧に基づく推定により算出している。例えば、共
通電極16を0電位に保ち、駆動電極22に+φ(例え
ば+100V)、駆動電極に−φ(例えば−100V)
を印加する。すると、駆動電極22の側の圧電体は伸
び、駆動電極24の側の圧電体は縮むため、その上端部
(SPMではここに試料台を取り付ける)が矢印aの方
向に変位する。このようなチューブスキャナー12で
は、共通電極16と四つの駆動電極22、24、26、
28に印加する電圧の比を適当に変えることにより、上
端部を三次元的に移動させることができる。これによ
り、SPMにおいてプローブと試料の間で所望の走査が
行なえるようになる。
As shown in FIG. 4, the tube scanner 12 has a cylindrical piezoelectric ceramic 14, a common electrode 16 provided on its inner peripheral surface, and four drive electrodes 22, 24, 26 provided on its outer peripheral surface. , 28 and. The tube scanner 12 is driven in the XY directions by applying voltages of opposite polarities having the same absolute value to the two electrodes 22 and 24 or 26 and 28 which face each other, and the movement amount (displacement) is based on the applied voltage. Calculated by estimation. For example, the common electrode 16 is kept at 0 potential, the drive electrode 22 has + φ (eg, + 100V), and the drive electrode has −φ (eg, −100V).
Is applied. Then, the piezoelectric body on the side of the drive electrode 22 expands and the piezoelectric body on the side of the drive electrode 24 contracts, so that its upper end (in SPM, the sample stage is attached here) is displaced in the direction of arrow a. In such a tube scanner 12, the common electrode 16 and the four drive electrodes 22, 24, 26,
By appropriately changing the ratio of the voltage applied to 28, the upper end can be moved three-dimensionally. This allows the SPM to perform the desired scan between the probe and the sample.

【0005】チューブスキャナーとその周辺回路とから
なるスキャナーシステムは、チューブスキャナーとその
駆動回路とで開ループを構成する場合と、これにチュー
ブスキャナーの変位センサーを付加して閉ループを構成
する場合とがある。開ループの場合、構成が簡単なため
比較的安価にスキャナーシステムを構成できるという利
点がある。閉ループの場合、圧電体のヒステリシス等の
影響を除去できるため、高精度の走査を行なえるという
利点がある。
In a scanner system including a tube scanner and its peripheral circuit, there are a case where an open loop is formed by the tube scanner and its drive circuit, and a case where a displacement sensor of the tube scanner is added to this to form a closed loop. is there. In the case of the open loop, there is an advantage that the scanner system can be configured at a relatively low cost because the configuration is simple. In the case of the closed loop, it is possible to remove the influence of the hysteresis of the piezoelectric body and the like, so that there is an advantage that highly accurate scanning can be performed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】一般にチューブスキャ
ナー12の圧電体14は、図4(B)に示すように、厚
さが均一でなく、場所によるばらつきがある。このよう
なばらつきは製造上避けられないもので、現在入手でき
るチューブスキャナーでは5%程度のばらつきがあるの
が普通である。このような圧電体14の厚さの不均一は
移動量(変位)の誤差の原因となる。例えば、共通電極
16を0電位とし、四つの駆動電極22、24、26、
28に同じ電圧ψ(例えば+100V)に印加した場
合、駆動電極22の側と駆動電極24の側では圧電体1
4の内部に発生する電界の大きさが異なり、伸びる量が
異なってしまう。つまり、圧電体14の厚さが理想的に
均一であればまっすぐ伸びるべきところが、厚さがばら
つきがあるためにまっすく伸びずに横方向(XY方向)
の変位成分を含んでしまい、不所望な変位となってしま
う。この現象は、図5において、圧電体14のヒステリ
シスが、電極22の側ではd+のようになっているが、
電極24の側ではd−のようになっているためであると
説明することができる。
Generally, the piezoelectric body 14 of the tube scanner 12 is not uniform in thickness as shown in FIG. Such variations are unavoidable in manufacturing, and the tube scanners currently available generally have variations of about 5%. Such nonuniformity of the thickness of the piezoelectric body 14 causes an error in the movement amount (displacement). For example, the common electrode 16 is set to 0 potential, and the four drive electrodes 22, 24, 26,
When the same voltage ψ (+100 V, for example) is applied to the piezoelectric element 28, the piezoelectric substance 1 is applied on the drive electrode 22 side and the drive electrode 24 side.
The magnitude of the electric field generated inside 4 differs, and the amount of extension also differs. In other words, if the thickness of the piezoelectric body 14 is ideally uniform, it should extend straight, but due to the variation in thickness, it does not extend straight but in the lateral direction (XY direction).
The displacement component is included, resulting in an undesired displacement. As for this phenomenon, in FIG. 5, the hysteresis of the piezoelectric body 14 is d + on the electrode 22 side.
It can be explained that this is because the electrode 24 has a d-like shape.

【0007】このように円筒形状の圧電体に厚さのばら
つきは、場所による圧電体の伸縮量の不均一を引き起こ
し、チューブスキャナーの特性のばらつきの原因とな
る。このようなチューブスキャナーの特性のばらつき
は、高精度の位置制御が要求されるSPMにとっては極
めて好ましくない。
As described above, the variation in thickness of the cylindrical piezoelectric body causes nonuniformity of the expansion and contraction amount of the piezoelectric body depending on the location, which causes variation in the characteristics of the tube scanner. Such variations in the characteristics of the tube scanner are extremely unfavorable for the SPM that requires highly accurate position control.

【0008】ところで、特願平4−222902に記載
のスキャナーのXY方向の変位測定用のセンサーを用い
てチューブスキャナーを閉ループ回路で駆動する場合、
xy方向に関してフィードバック制御が行なわれるた
め、チューブスキャナーの特性にばらつきがあってもx
y方向の変位はよい精度で定められる。チューブスキャ
ナーでは円筒状の圧電体が反ることで変位が生じるた
め、xy方向に正方形に走査した場合、チューブスキャ
ナー上のある点の軌跡は理想的なチューブスキャナーで
あっても実際には球面となり、z方向の動きが伴う。更
に実際のチューブスキャナーでは、特性のばらつきのた
め球面が歪んでしまう。従って、この閉ループ回路によ
る駆動では、瞬間瞬間のxy座標値は正しいが、z座標
値は理想値とは異なったものになっている。
By the way, when a tube scanner is driven by a closed loop circuit using the sensor for measuring the displacement in the XY directions of the scanner described in Japanese Patent Application No. 4-222902,
Feedback control is performed in the xy direction, so even if there are variations in the characteristics of the tube scanner, x
The displacement in the y direction is defined with good accuracy. In a tube scanner, a cylindrical piezoelectric body warps to cause displacement, so when scanning a square in the xy direction, the locus of a certain point on the tube scanner is actually a spherical surface even if it is an ideal tube scanner. , Z-direction movement. Furthermore, in an actual tube scanner, the spherical surface is distorted due to variations in characteristics. Therefore, in the driving by the closed loop circuit, the xy coordinate value at the moment is correct, but the z coordinate value is different from the ideal value.

【0009】このような現象は、xyz方向のいずれの
方向にも高い精度での測定が可能であるとされているS
PMでは、z方向での定量性を確保する上で甚だ好まし
くない。本発明は、円筒状圧電体の厚さのばらつきに起
因する動作誤差のないスキャナーシステムを提供するこ
とにある。
It is said that such a phenomenon can be measured with high accuracy in any of the xyz directions.
PM is extremely unfavorable for ensuring quantitativeness in the z direction. It is an object of the present invention to provide a scanner system that does not have an operation error due to variations in the thickness of a cylindrical piezoelectric body.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のスキャナーシス
テムは、円筒形状の圧電体、その内周面に設けた一つの
共通電極、外周面に設けた複数の駆動電極で構成される
チューブスキャナーと、チューブスキャナーの複数の駆
動電極にその特性に応じた互いに独立な走査信号を供給
する手段とを備えている。
A scanner system according to the present invention comprises a tube scanner composed of a cylindrical piezoelectric body, a common electrode provided on the inner peripheral surface thereof, and a plurality of drive electrodes provided on the outer peripheral surface thereof. , And means for supplying independent scanning signals to the plurality of drive electrodes of the tube scanner according to their characteristics.

【0011】[0011]

【作用】本発明では、チューブスキャナーの各駆動電極
の部分の特性を予め調べておいて、その特性に応じて、
それぞれの部分の特性が揃うような互いに独立した走査
信号を各駆動電極に供給する。つまり、各駆動電極に
は、その部分の圧電体の厚さのばらつき等による影響を
予め考慮した走査信号が供給される。従って、チューブ
アクチュエーターは、特性のばらつきの影響を含んでい
ない動作をする。
In the present invention, the characteristics of each drive electrode portion of the tube scanner are investigated in advance, and according to the characteristics,
Scanning signals that are independent of each other so that the characteristics of the respective parts are uniform are supplied to the respective drive electrodes. That is, each drive electrode is supplied with a scanning signal in which the influence of variations in the thickness of the piezoelectric body in that portion is considered in advance. Therefore, the tube actuator operates without including the influence of variations in characteristics.

【0012】[0012]

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の第一実施例
について説明する。本実施例のスキャナーシステムは、
図1に示すように、固定台52に固定したチューブスキ
ャナー12と、四つの走査信号発生回路32、34、3
6、38と、各走査信号発生回路32、34、36、3
8からの信号を増幅する高圧アンプ42、44、46、
48とを有している。チューブスキャナー12は、図4
に示したように、円筒形状の圧電体14と、その内周面
に設けた共通電極16と、外周面に設けた四つの駆動電
極22、24、26、28とを有している。駆動電極2
2、24、26、28には、それぞれ高圧アンプ42、
44、46、48から走査信号が供給される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The scanner system of this embodiment is
As shown in FIG. 1, the tube scanner 12 fixed to a fixed base 52 and four scanning signal generating circuits 32, 34, 3
6, 38 and the scanning signal generating circuits 32, 34, 36, 3
High-voltage amplifiers 42, 44, 46 for amplifying the signal from 8
And 48. The tube scanner 12 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the piezoelectric body 14 has a cylindrical shape, a common electrode 16 provided on the inner peripheral surface thereof, and four drive electrodes 22, 24, 26, 28 provided on the outer peripheral surface thereof. Drive electrode 2
2, 24, 26 and 28 respectively include a high voltage amplifier 42,
Scan signals are supplied from 44, 46, and 48.

【0013】チューブスキャナー12の特性検査を予め
行ない、駆動電極42、44、46、48の各部分につ
いて印加電圧と変位の関係を調べておく。走査信号発生
回路32、34、36、38は、この検査結果基づい
て、それぞれの電極22、24、26、28の部分の動
作特性が揃うような走査信号を出力する。この走査信号
は高圧アンプ42、44、46、48を介して増幅され
た後、チューブスキャナー12の駆動電極22、24、
26、28に供給される。
The characteristic of the tube scanner 12 is inspected in advance, and the relationship between the applied voltage and the displacement is examined for each part of the drive electrodes 42, 44, 46 and 48. The scanning signal generating circuits 32, 34, 36 and 38 output scanning signals based on the inspection result so that the operating characteristics of the respective electrodes 22, 24, 26 and 28 are uniform. This scanning signal is amplified through the high voltage amplifiers 42, 44, 46 and 48, and then the drive electrodes 22 and 24 of the tube scanner 12,
26, 28.

【0014】これによりチューブスキャナー12は、そ
の変位に駆動電極22、24、26、28の各部分の特
性のばらつきによる誤差を含まない理想的な動作を行な
うようになる。
As a result, the tube scanner 12 performs an ideal operation in which its displacement does not include an error due to variations in the characteristics of the respective portions of the drive electrodes 22, 24, 26 and 28.

【0015】本実施例では、走査信号発生回路は四系統
用意したが、x方向とy方向の二系統にまとめ、それぞ
れから出力される信号を反転増幅および非反転増幅する
ことにより、四つの走査信号を得てもよい。ただし、こ
の場合はチューブスキャナー12の各駆動電極22、2
4、26、28の部分の特性に合わせるため、高圧アン
プ42、44、46、48のゲイン調整をそれぞれに対
して行なう必要がある。さらに、理想的な駆動を実現す
るためには、調整の自由度を上げるため、駆動電極の数
を四つから八つに増やすことも有効である。
In this embodiment, four scanning signal generating circuits are prepared. However, four scanning signal generating circuits are combined into two systems of x-direction and y-direction, and signals outputted from the respective systems are inverted and non-inverted to obtain four scanning lines. You may get a signal. However, in this case, the drive electrodes 22, 2 of the tube scanner 12 are
It is necessary to adjust the gains of the high-voltage amplifiers 42, 44, 46, and 48 in order to match the characteristics of the parts 4, 26, and 28. Further, in order to realize ideal driving, it is also effective to increase the number of driving electrodes from four to eight in order to increase the degree of freedom of adjustment.

【0016】続いて、本発明の第二実施例について図2
を参照しつつ説明する。本実施例のスキャナーシステム
は、上述した第一実施例の構成に加えて、走査信号発生
回路32、34、36、38を制御するコンピューター
58が設けられている。また、チューブスキャナー12
は固定台52とその内部に設けたROM54と共に一体
化されていて、一つのユニットを構成している。ROM
54には、そのユニットのチューブスキャナー12の各
駆動電極22、24、26、28の部分の特性情報が書
き込まれており、この特性情報をコンピューターへと取
り出すためのコネクタ56が設けられている。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. The scanner system of the present embodiment is provided with a computer 58 for controlling the scanning signal generating circuits 32, 34, 36, 38 in addition to the configuration of the first embodiment described above. In addition, the tube scanner 12
Is integrated with the fixed base 52 and the ROM 54 provided therein to form one unit. ROM
Characteristic information of each drive electrode 22, 24, 26, 28 portion of the tube scanner 12 of the unit is written in 54, and a connector 56 for extracting the characteristic information to a computer is provided.

【0017】SPM装置においてはチューブスキャナー
12の交換はユニットごと行なわれる。新しいユニット
を所定位置に配置した後、ユニット内のROM54はコ
ネクタ56を介してコンピューター58に接続する。コ
ンピューター58はROM56に書き込まれている情報
を読み込んで演算を行ない、チューブスキャナー12の
各駆動電極22、24、26、28の部分の特性に合っ
た走査信号を各走査信号発生回路32、34、36、3
8が出力するように制御する。
In the SPM device, the tube scanner 12 is exchanged for each unit. After placing the new unit in place, the ROM 54 in the unit is connected to the computer 58 via the connector 56. The computer 58 reads the information written in the ROM 56 and performs an operation to generate a scanning signal suitable for the characteristic of each drive electrode 22, 24, 26, 28 portion of the tube scanner 12 in each scanning signal generation circuit 32, 34 ,. 36, 3
8 is controlled to output.

【0018】このように、チューブスキャナーをユニッ
ト化し、その特性情報をROM等のメモリー素子に予め
書き込んでおくことにより、故障などによりチューブス
キャナーを交換する際、装置への組み込みが簡単に行な
えるとともに、組み込み後の走査特性もすぐに理想的な
状態とすることができる。
As described above, by unitizing the tube scanner and previously writing the characteristic information in the memory element such as the ROM, the tube scanner can be easily incorporated into the device when the tube scanner is replaced due to a failure or the like. The scanning characteristics after incorporation can be immediately put in an ideal state.

【0019】本実施例では、コンピューター58は各走
査信号発生回路32、34、36、38を制御している
が、演算結果に基づいて高圧アンプ42、44、46、
48のゲイン調整を行なうようにしてもよい。例えば、
図中の高圧アンプ42、44、46、48は帰還抵抗を
調整することでゲイン調整できるようになっているが、
その抵抗を多回転の高精度可変抵抗器とし、その回転制
御をコンピューターからの指示に従ってモーターにより
行なうようにすれば、同様な効果が自動化されて実現で
きる。もちろん、ゲインがプログラマブルな高圧アンプ
を用いてもよい。
In this embodiment, the computer 58 controls the scanning signal generating circuits 32, 34, 36, 38, but the high voltage amplifiers 42, 44, 46,
The gain adjustment of 48 may be performed. For example,
The high-voltage amplifiers 42, 44, 46, 48 in the figure can be adjusted in gain by adjusting the feedback resistance.
If the resistance is a multi-rotation high-precision variable resistor and its rotation is controlled by a motor according to an instruction from a computer, the same effect can be realized automatically. Of course, a high-voltage amplifier with programmable gain may be used.

【0020】本発明の第三実施例として、第一実施例の
スキャナーシステムを組み込んだAFMを図3に示す。
本実施例のAFMでは、臨界角方式の光学式変位センサ
ーを用いてカンチレバー64の変位を測定している。こ
の光学式センサーは基本的に、半導体レーザー68、コ
リメーターレンズ70、偏光ビームスプリッター72、
1/4波長板74、ダイクロイックミラー76、対物レ
ンズ78、臨界角プリズム80、二分割フォトダイオー
ド82aと82b、差動増幅器84で構成されている。
As a third embodiment of the present invention, an AFM incorporating the scanner system of the first embodiment is shown in FIG.
In the AFM of the present embodiment, the displacement of the cantilever 64 is measured using a critical angle type optical displacement sensor. This optical sensor basically comprises a semiconductor laser 68, a collimator lens 70, a polarization beam splitter 72,
It is composed of a quarter-wave plate 74, a dichroic mirror 76, an objective lens 78, a critical angle prism 80, two-divided photodiodes 82a and 82b, and a differential amplifier 84.

【0021】半導体レーザー68から射出されたレーザ
ー光は、コリメーターレンズ70により平行光になり、
偏光ビームスプリッター72で反射され、1/4波長板
74を通過して円偏光となり、ダイクロイックミラー7
6で反射され、対物レンズ78により、探針62の反対
側のカンチレバー64の自由端部上面に集光される。そ
の反射光は、対物レンズ78を通過し、ダイクロイック
ミラー76で反射され、1/4波長板74を通過し、半
導体レーザー68の射出する光とは偏光方向が90°異
なる直線偏光となって、偏光ビームスプリッター72を
通過し、臨界角プリズム80で反射され、二分割フォト
ダイオード82aと82bに入射する。二分割フォトダ
イオード82aと82bは受光光量に応じた電圧信号を
出力し、その差信号が差動増幅器84から出力される。
The laser light emitted from the semiconductor laser 68 is collimated by the collimator lens 70,
The light is reflected by the polarization beam splitter 72, passes through the quarter-wave plate 74, and becomes circularly polarized light.
It is reflected by 6, and is focused on the upper surface of the free end portion of the cantilever 64 on the opposite side of the probe 62 by the objective lens 78. The reflected light passes through the objective lens 78, is reflected by the dichroic mirror 76, passes through the quarter-wave plate 74, and becomes linearly polarized light whose polarization direction is different by 90 ° from the light emitted from the semiconductor laser 68. The light passes through the polarization beam splitter 72, is reflected by the critical angle prism 80, and enters the two-divided photodiodes 82a and 82b. The two-divided photodiodes 82a and 82b output a voltage signal corresponding to the amount of received light, and the difference signal is output from the differential amplifier 84.

【0022】臨界角法では、カンチレバー64の変位は
二分割フォトダイオード82aと82bへの入射光量の
差として検出され、その差信号は差動増幅器84から変
位信号として出力される。この変位信号はサーボコント
ロール回路86に入力され、サーボコントロール回路8
6は、測定試料Sの凹凸に応じて生じるカンチレバー6
4の変位を一定に保つように、チューブスキャナー12
を駆動するスキャナードライバー10を制御する。ま
た、スキャナードライバー10はコンピューター88か
らの信号に基づいてxy方向の走査信号をチューブスキ
ャナー12に供給する。差動増幅器84からの変位信号
はサーボコントルール回路86を介してコンピューター
88に入力され、コンピューター88はこの変位信号を
スキャナードライバー10から入力した走査信号に同期
させて処理してAFM像を構成し、モニター90に表示
する。
In the critical angle method, the displacement of the cantilever 64 is detected as a difference in the amount of light incident on the two-divided photodiodes 82a and 82b, and the difference signal is output from the differential amplifier 84 as a displacement signal. This displacement signal is input to the servo control circuit 86, and the servo control circuit 8
6 is a cantilever 6 generated according to the unevenness of the measurement sample S.
Tube scanner 12 to keep the displacement of 4 constant
The scanner driver 10 that drives the scanner is controlled. The scanner driver 10 also supplies a scanning signal in the xy directions to the tube scanner 12 based on a signal from the computer 88. The displacement signal from the differential amplifier 84 is input to the computer 88 via the servo control circuit 86, and the computer 88 processes the displacement signal in synchronization with the scanning signal input from the scanner driver 10 to form an AFM image. , Is displayed on the monitor 90.

【0023】またAFMは、測定試料Sを光学的に観察
する観察光学系を備えている。観察光学系は基本的に、
対物レンズ78、照明光源92、照明調光回路92、レ
ンズ96、ハーフミラー98、接眼レンズ100、CC
D固体撮像素子102、CCDコントロールユニット1
04、テレビモニター106で構成されている。
The AFM also has an observation optical system for optically observing the measurement sample S. The observation optical system is basically
Objective lens 78, illumination light source 92, illumination dimming circuit 92, lens 96, half mirror 98, eyepiece lens 100, CC
D solid-state image sensor 102, CCD control unit 1
04, the television monitor 106.

【0024】照明光源94から射出された照明光はレン
ズ96を通過した後、ハーフミラー98で反射され、ダ
イクロイックミラー76を通過し、対物レンズ78によ
り集光され、試料Sの視野全体を照明する。試料Sから
反射光は、対物レンズ78、ダイクロイックミラー7
6、ハーフミラー98を通過し、結像レンズ100で結
像され、CCD固体撮像素子102で映像信号に変換さ
れ、テレビモニター106に表示される。
The illumination light emitted from the illumination light source 94 passes through the lens 96, is then reflected by the half mirror 98, passes through the dichroic mirror 76, is focused by the objective lens 78, and illuminates the entire visual field of the sample S. . The light reflected from the sample S is the objective lens 78 and the dichroic mirror 7.
6. After passing through the half mirror 98, an image is formed by the image forming lens 100, converted into a video signal by the CCD solid-state image sensor 102, and displayed on the television monitor 106.

【0025】スキャナードライバー10は、図1の走査
信号発生回路32、34、36、38と高圧アンプ4
2、44、46、48で構成されている。スキャナード
ライバー10は、チューブスキャナー12の特性のばら
つきを考慮した走査信号を駆動電極22、24、26、
28に供給する。さらにスキャナードライバー10は、
走査信号に重畳させて、カンチレバー64の変位を一定
に保つようにz方向位置を制御するz方向駆動信号を供
給している。
The scanner driver 10 includes the scanning signal generating circuits 32, 34, 36 and 38 and the high voltage amplifier 4 of FIG.
It is composed of 2, 44, 46 and 48. The scanner driver 10 supplies the scanning signals in consideration of the variation in the characteristics of the tube scanner 12 to the drive electrodes 22, 24, 26,
28. Furthermore, the scanner driver 10
A z-direction drive signal for controlling the z-direction position is supplied so as to be superimposed on the scanning signal so as to keep the displacement of the cantilever 64 constant.

【0026】このように、共通電極16を一定の電位に
保ち、z方向駆動信号を駆動電極22、24、26、2
8に供給しているので、z方向に関しては、z方向駆動
信号を共通電極に供給した場合には特性のばらつきが原
因で発生するxy方向への不所望な変位を含まない動作
が得られる。
In this way, the common electrode 16 is kept at a constant potential, and the z-direction drive signal is applied to the drive electrodes 22, 24, 26 and 2.
In the z direction, when the z direction drive signal is supplied to the common electrode, an operation that does not include an undesired displacement in the xy directions caused by the characteristic variation can be obtained.

【0027】なお、z方向駆動信号を共通電極に印加す
るとともに、z方向駆動信号を反映させたxy走査信号
を駆動電極に印加しても、上述したような理想的な走査
を実現できる。この場合、制御は複雑になるがスキャナ
ー駆動用の高圧アンプに耐圧の低い安価なものが使用で
きるという利点がある。
Even if the z-direction driving signal is applied to the common electrode and the xy scanning signal reflecting the z-direction driving signal is applied to the driving electrode, the ideal scanning as described above can be realized. In this case, control is complicated, but there is an advantage that an inexpensive low-voltage amplifier can be used as the high-voltage amplifier for driving the scanner.

【0028】また、本実施例のAFMにチューブスキャ
ナー12のxyz方向の変位を測定する変位センサーを
組み込み、この変位センサーを用いてフィードバック制
御を行なえば、さらに良好な走査が実現できる。
Further, if a displacement sensor for measuring the displacement of the tube scanner 12 in the xyz direction is incorporated in the AFM of this embodiment and feedback control is performed using this displacement sensor, even better scanning can be realized.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、チューブスキャナーの
各駆動電極の部分の特性のばらつきの影響を含まない理
想的な動作を行なうスキャナーシステムが提供される。
これは、高精度の位置制御が要求されるSPM等に非常
に有益であり、測定精度の向上に効果がある。
As described above, according to the present invention, there is provided a scanner system that performs an ideal operation that does not include the influence of variations in the characteristics of the drive electrodes of the tube scanner.
This is very useful for SPM and the like that requires highly accurate position control, and is effective in improving measurement accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のスキャナーシステムの第一実施例の構
成を示す。
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of a scanner system of the present invention.

【図2】本発明のスキャナーシステムの第二実施例の構
成を示す。
FIG. 2 shows the configuration of a second embodiment of the scanner system of the present invention.

【図3】図1のスキャナーシステムを組み込んだAFM
の構成を示す。
FIG. 3 is an AFM incorporating the scanner system of FIG.
Shows the configuration of.

【図4】チューブスキャナーの構成を示す斜視図(A)
と上面図(B)である。
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a tube scanner (A).
It is a top view (B).

【図5】チューブスキャナーの特性を示すヒステリシス
曲線である。
FIG. 5 is a hysteresis curve showing the characteristics of the tube scanner.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…チューブスキャナー、14…圧電体、16…共通
電極、22、24、26、28…駆動電極、32、3
4、36、38…走査信号発生回路。
12 ... Tube scanner, 14 ... Piezoelectric body, 16 ... Common electrode, 22, 24, 26, 28 ... Drive electrode, 32, 3
4, 36, 38 ... Scan signal generating circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 修一 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 (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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shuichi Ito 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Akira Yagi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒形状の圧電体、その内周面に設けた
一つの共通電極、外周面に設けた複数の駆動電極で構成
されるチューブスキャナーと、 チューブスキャナーの複数の駆動電極にその特性に応じ
た互いに独立な走査信号を供給する手段とを備えている
スキャナーシステム。
1. A tube scanner comprising a cylindrical piezoelectric body, one common electrode provided on the inner peripheral surface thereof, and a plurality of drive electrodes provided on the outer peripheral surface, and characteristics of the plurality of drive electrodes of the tube scanner. Scanner system having means for supplying scan signals independent of each other.
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