JPH10267944A - スキャナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い線形性と高い位置再現性を確保しつつ高速
での走査を実現するスキャナシステムを提供する。 【解決手段】スキャナシステムは、ステージ１１が設け
られたチューブ型圧電体スキャナ１０と、これを二方向
に変位させる駆動回路１２と１３と、圧電体スキャナ１
０の各方向の変位を検出する変位センサー１４と１５と
を有している。Ｘ駆動回路１２は、Ｘ変位センサー１４
からの信号を基準信号に等しくする制御信号を出力する
制御回路２０と、この制御信号を記憶するメモリ回路２
５と、圧電体スキャナ１０を線形に走査させる走査信号
発生回路２６と、メモリ回路２５の出力信号と走査信号
発生回路２６からの走査信号を加算する加算器２７と、
制御回路２０からの信号と加算器２７からの信号の一方
をアンプ回路２２を介して圧電体スキャナ１０に選択的
に供給するスイッチ２１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型トンネル顕
微鏡（ＳＴＭ）や走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の
いわゆる走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に利用される
スキャナシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＴＭやＡＦＭなど簡単な構成で原子サ
イズレベルの高い方位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。微細加工技術の飛躍的な進歩に
より従前の光学的観察手段の能力が及ばなくなった分
野、例えば薄膜磁気ヘッドのギャップ寸法測定や光ディ
スクのグルーブ幅寸法測定などに対して、この種の顕微
鏡を適用することが検討されている。

【０００３】高い分解能の実現には、プローブと試料の
相対位置を微細にコントロールできるスキャナが必要で
あり、圧電体を円筒形状に成形したチューブスキャナが
広く用いられている。その目的を十分に達成するために
は、良好な線形性および位置再現性がチューブスキャナ
に求められる。しかし、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）などの圧電体は、圧電駆動を行なったときに得られ
る変位量にヒステリシスやクリープ等の現象を伴なうこ
とが知られており、圧電体で作製したチューブスキャナ
を走査に用いた場合、線形性および位置再現性を欠くこ
とになる。このため走査型プローブ顕微鏡において、観
測像の歪みや試料の位置決めの不安定性が発生し、定量
測定への妨げとなっている。

【０００４】このような課題を解決するために、走査時
間に対するチューブスキャナの変位量が線形性を有する
ような走査信号を走査圧電データ（あるいは走査電圧関
数）として予め持ち、それを用いて走査を行なうことに
よりヒステリシスやクリープ等を除く方法が考えられ
る。この方法は、オープンループ方式と呼ばれ、特開平
８−１０１００７号や米国特許５，０５１，６４６号に
示されている。

【０００５】また、チューブスキャナの方位方向の変位
量を検出し、これをもとにチューブスキャナの駆動信号
を制御することで、ヒステリシスやクリープ等を除く方
法も考えられる。この方法は、フィードバック方式と呼
ばれ、変位量を光学的手段により検出するものが、特開
平６−２２９７５３号に示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】圧電体スキャナは、印
加電圧をゼロに戻しても変位量が残留する（ゼロ点がド
リフトする）という性質を有している。このゼロ点のド
リフトは、例えば試料やカンチレバーの交換の際など
に、圧電体が外力を受けた場合にも生じる。ゼロ点のド
リフトは予知できないため、前述のオープンループ方式
は、ゼロ点のドリフトを除去することができない。従っ
て、位置再現性を欠くという問題がある。

【０００７】また、走査型プローブ顕微鏡では、１００
μｍ以上の大変位が可能な圧電体スキャナが使用され
る。このような大変位用圧電体スキャナは応答時間が長
い。これは、大変位用圧電体スキャナの共振周期は長
く、共振周期と応答時間はほぼ一致するという事実から
当業者であれば容易に理解できよう。このように走査型
プローブ顕微鏡に使用される圧電体スキャナは応答時間
が長いため、前述のフィードバック方式は、測定時間の
短縮化すなわち走査速度の高速化に応えることは難し
い。

【０００８】本発明は、このような事情を考慮して成さ
れたもので、その目的は、ヒステリシスやクリープの影
響が除去され、残留変位量の影響が除去された、オープ
ンループ方式によるスキャナシステムを提供することで
ある。言い換えれば、高い線形性で、高い位置再現性
で、高い速度での走査を達成するスキャナシステムを提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるスキャナシ
ステムは、ステージを第一の方向およびこれに交差する
第二の方向に走査させる圧電体スキャナと、第一の方向
および第二の方向における圧電体スキャナの変位を検出
し、その変位を示す変位信号を出力する変位検出手段
と、変位信号の目標値を出力する波形発生手段と、変位
信号を目標値に追従させる制御手段と、制御手段の出力
を記憶するメモリ手段と、走査時間に対する圧電体の変
位が線形となる走査信号を生成する走査信号発生手段
と、メモリ手段の出力に走査信号発生手段の出力を加算
する加算手段と、制御手段の出力または加算手段の出力
の一方を選択するスイッチ手段と、スイッチ手段の出力
を受けて圧電体スキャナを駆動する駆動手段とを備えて
いる本発明による別のスキャナシステムは、ステージを
第一の方向およびこれに交差する第二の方向に走査させ
る圧電体スキャナと、第一の方向および第二の方向にお
ける圧電体スキャナの変位を検出し、その変位を示す変
位信号を出力する変位検出手段と、変位信号の目標値を
出力する波形発生手段と、変位信号を目標値に追従させ
る制御手段と、制御手段の出力をオン・オフするスイッ
チ手段と、制御手段の出力を記憶するメモリ手段と、走
査時間に対する圧電体の変位が線形となる走査信号を生
成する走査信号発生手段と、メモリ手段の出力に走査信
号発生手段の出力を加算する第一の加算手段と、第一の
加算手段の出力に制御手段の出力を加算する第二の加算
手段と、第二の加算手段の出力を受けて圧電体スキャナ
を駆動する駆動手段とを備えている。

【００１０】このスキャナシステムにおいて、メモリ手
段は、好適には、記憶した制御信号の出力に対応する信
号を徐々に立ち上げながら出力するスロー出力手段を有
している。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、第一の実施の形態によるス
キャナシステムについて述べる。図１に示すように、ス
キャナシステムは、試料または探針を保持するステージ
１１が自由端に設けられたチューブ型の圧電体スキャナ
１０と、圧電体スキャナ１０をＸ方向に変位させるため
のＸ駆動回路１２と、圧電体スキャナ１０をＹ方向に変
位させるためのＹ駆動回路１３と、圧電体スキャナ１０
のＸ方向の変位を検出して、その変位を示すＸ変位信号
をＸ駆動回路１２に供給するＸ変位センサー１４と、圧
電体スキャナ１０のＹ方向の変位を検出して、その変位
を示すＹ変位信号をＹ駆動回路１２に供給するＹ変位セ
ンサー１５とを有している。

【００１２】Ｘ駆動回路１２とＹ駆動回路１３は、圧電
体スキャナ１０を変位させる方向が異なるだけで、その
構成は全く同じである。このような理由から以下では代
表的にＸ駆動回路１２についてだけ述べる。

【００１３】Ｘ駆動回路１２は、制御回路２０、スイッ
チ２１、アンプ回路２２、アナログ・デジタル変換器２
３（単にＡ／Ｄ２３と記す）、デジタル・アナログ変換
器２４（単にＤ／Ａ２４と記す）、メモリ回路２５、走
査信号発生回路２６、加算器２７を備えている。

【００１４】制御回路２０は、圧電体スキャナ１０のＸ
方向の変位を制御するためのものであり、Ｘ変位センサ
ー１４から入力されるＸ変位信号が基準信号（０Ｖ）を
追従するような制御信号、別の言い方をすれば、Ｘ変位
信号が０Ｖを維持し続けるような制御信号を出力する。
この制御信号はＤＣ成分の信号（つまりＤＣ電圧）であ
り、これはスイッチ２１とＡ／Ｄ２３に供給される。

【００１５】Ａ／Ｄ２３は、制御回路２０から出力され
る制御信号をデジタル電圧データに変換し、メモリ回路
２５に供給する。メモリ回路２５は、そのデジタル電圧
データを書き込み信号に従って記憶するとともに、記憶
したデジタル電圧データを読み出し信号に従ってＤ／Ａ
２４に出力する。

【００１６】Ｄ／Ａ２４は、メモリ回路２５から出力さ
れたデジタル電圧データをアナログ信号に変換して、加
算器２７に出力する。これは、前述の制御信号と同じで
あるが、区別するためにメモリ出力信号と呼ぶことにす
る。

【００１７】走査信号発生回路２６は、圧電体スキャナ
１０を走査時間に対して線形的に変位させる基準走査信
号を生成し出力する。この様な走査信号の生成は、特開
平８−１０１００７号に詳しく開示されている。走査信
号発生回路２６は、圧電体スキャナ１０を走査時間に対
して線形的に変位させる基準走査信号の電圧値を表す走
査電圧データを記憶したメモリと、そのメモリから一定
周期のクロックに同期して走査電圧データを読み出すコ
ントローラーと、読み出した走査電圧データをアナログ
信号に変換するＤ／Ａ変換器と、変換したアナログ信号
に所定の演算（ゲインやオフセット等）を施す演算回路
とで構成される。

【００１８】走査信号発生回路２６から出力された基準
走査信号は加算器２７に供給される。加算器２７は、Ｄ
／Ａ２４から出力されたメモリ出力信号と、走査信号発
生回路２６から出力された基準走査信号とを加算して、
スイッチ２１に供給する。本明細書では、加算器２７に
より加算処理された後の信号を、走査信号と呼ぶことに
する。

【００１９】スイッチ２１は、制御信号と走査信号のど
ちらか一方を選択し、選択した信号をアンプ回路２２に
供給する。アンプ回路２２は、スイッチ２１から供給さ
れる信号を所定の利得で増幅して、圧電体スキャナ１０
に印加する。圧電体スキャナ１０は、アンプ回路２２か
ら印加される電圧信号に応じて、自由端がＸ方向に変位
する。

【００２０】次にスキャナシステムの動作について述べ
る。スキャナシステムのＸ方向に関する動作とＹ方向に
関する動作は同じであるので、以下ではＸ方向に関する
動作についてのみ述べる。

【００２１】走査の開始されるまでの間は、以下に述べ
る動作が行なわれている。圧電体スキャナ１０は、動作
したり、外力を受けたりすると、ゼロ点がドリフトし、
残留変位を生じる。Ｘ変位センサー１４は、圧電体スキ
ャナ１０に生じたＸ方向の残留変位を検出し、その残留
変位に対応したＸ変位信号をＸ駆動回路１２に送る。勿
論、圧電体スキャナ１０に残留変位が無い場合には、Ｘ
変位センサー１４の出力はゼロである。

【００２２】スイッチ２１は端子Ａに入力されている信
号が選択されている。制御回路２０にはＸ制御の目標値
である基準信号（０Ｖ）が入力されており、制御回路２
０はＸ変位センサー１４から入力されているＸ変位信号
が基準信号（０Ｖ）に等しくなるように圧電体スキャナ
１０を変位させる制御信号をスイッチ２１に出力してい
る。スイッチ２１は端子Ａが選択されているので、制御
回路２０から出力される制御信号はアンプ回路２２を介
して圧電体スキャナ１０に供給される。圧電体スキャナ
１０はこの制御信号を受けて変位し、その結果、Ｘ変位
センサー１４から出力されるＸ変位信号は基準信号に等
しくなる。つまり、圧電体スキャナ１０は、走査が開始
されるまでの間、ゼロ点のドリフトの無い基準状態を維
持するように、フィードバック制御されている。

【００２３】圧電体スキャナがフィードバック制御され
ている間に、制御回路２０から出力される制御信号はＡ
／Ｄ２３を介してメモリ回路２５に記憶され、その記憶
したデータはＤ／Ａ２４を介して加算器２７に出力され
る。走査の開始前においては、走査信号発生回路２６は
走査信号を出力していないので、スイッチ２１の端子Ａ
と端子Ｂには同じ信号が供給される。

【００２４】走査を開始する際は、スイッチ２１の入力
が端子Ａから端子Ｂに切り換えられ、メモリ回路２５に
記憶される制御信号の更新も停止される。これにより圧
電体スキャナ１０のフィードバック制御は解除される。
しかし、スイッチ２１の端子Ｂにはフィードバック制御
が解除される直前にスイッチ２１の端子Ａに入力されて
いた制御信号と同じ信号が供給されているので、圧電体
スキャナ１０はほぼ基準状態を維持し続ける。

【００２５】走査信号発生回路２６は、圧電体スキャナ
１０を走査時間に対して線形に変位させる基準走査信号
を生成し出力する。走査信号発生回路２６から出力され
た基準走査信号は加算器２７に供給される。加算器２７
は、圧電体スキャナ１０の残留変位を除去するメモリ出
力信号と、圧電体スキャナ１０を線形的に走査させる走
査信号を加算する。加算器２７により加算処理された信
号は、基準走査信号に対して残留変位による誤差を補正
した信号となっており、この信号が実際の走査信号とし
てスイッチ２１の端子Ｂに供給される。この実際の走査
信号はアンプ回路２２を介して圧電体スキャナ１０に印
加される。

【００２６】以上の説明から分かるように、この実施の
形態のスキャナシステムは、フィードバック制御を行な
うことなく、ヒステリシスや残留変位の影響が除去され
た走査を行なっている。これにより、高速でしかも線形
性と位置再現性に優れた走査が実現される。

【００２７】次に、第二の実施の形態によるスキャナシ
ステムについて述べる。続く説明と図２において、第一
の実施の形態の部材と同等の部材は、同一の参照符号で
示す。

【００２８】図２に示すように、スキャナシステムは、
試料または探針を保持するステージ１１が自由端に設け
られたチューブ型の圧電体スキャナ１０と、圧電体スキ
ャナ１０をＸ方向に変位させるためのＸ駆動回路３０
と、圧電体スキャナ１０をＹ方向に変位させるためのＹ
駆動回路３１と、圧電体スキャナ１０のＸ方向の変位を
検出して、その変位を示すＸ変位信号をＸ駆動回路３０
に供給するＸ変位センサー１４と、圧電体スキャナ１０
のＹ方向の変位を検出して、その変位を示すＹ変位信号
をＹ駆動回路３１に供給するＹ変位センサー１５とを有
している。

【００２９】Ｘ駆動回路３０とＹ駆動回路３１は、圧電
体スキャナ１０を変位させる方向が異なるだけで、その
構成は全く同じである。以下では、二つの駆動回路３０
と３１をＸ駆動回路３０で代表させ、Ｘ駆動回路３０に
ついてだけ述べる。

【００３０】Ｘ駆動回路３０は、制御回路２０、スイッ
チ３５、加算器３２、アンプ回路２２、Ａ／Ｄ２３、Ｄ
／Ａ２４、メモリ回路２５、ＣＲ回路３４、加算器３
３、走査信号発生回路２６を備えている。

【００３１】制御回路２０は、圧電体スキャナ１０のＸ
方向の変位を制御するためのものであり、Ｘ変位センサ
ー１４から入力されるＸ変位信号が基準信号（０Ｖ）を
追従するような制御信号、別の言い方をすれば、Ｘ変位
信号が０Ｖを維持し続けるような制御信号を出力する。
この制御信号はＤＣ成分の信号（つまりＤＣ電圧）であ
り、これはスイッチ３５とＡ／Ｄ２３に供給される。

【００３２】スイッチ３５は、制御信号をオフ・オフす
るもので、オン状態のときだけ制御信号を加算器３２に
供給する。Ａ／Ｄ２３は、制御回路２０から出力される
制御信号をデジタル電圧データに変換し、メモリ回路２
５に供給する。メモリ回路２５は、そのデジタル電圧デ
ータを書き込み信号に従って記憶するとともに、記憶し
たデジタル電圧データを読み出し信号に従ってＤ／Ａ２
４に出力する。

【００３３】Ｄ／Ａ２４は、メモリ回路２５から出力さ
れたデジタル電圧データをアナログ信号に変換して、Ｃ
Ｒ回路３４に出力する。これは、前述の制御信号と同じ
であるが、区別するためにメモリ出力信号と呼ぶことに
する。

【００３４】ＣＲ回路３４は、Ｄ／Ａ２４から出力され
るメモリ出力信号を、圧電体スキャナ１０の共振周期以
下の所定の時定数でゆっくりと立ち上げる。ＣＲ回路３
４からの出力信号は加算器３３に供給される。

【００３５】走査信号発生回路２６は、圧電体スキャナ
１０を走査時間に対して線形的に変位させる基準走査信
号を生成し出力する。この様な走査信号の生成は、特開
平８−１０１００７号に詳しく開示されている。走査信
号発生回路２６は、圧電体スキャナ１０を走査時間に対
して線形的に変位させる基準走査信号の電圧値を表す走
査電圧データを記憶したメモリと、そのメモリから一定
周期のクロックに同期して走査電圧データを読み出すコ
ントローラーと、読み出した走査電圧データをアナログ
信号に変換するＤ／Ａ変換器と、変換したアナログ信号
に所定の演算（ゲインやオフセット等）を施す演算回路
とで構成される。

【００３６】走査信号発生回路２６から出力された基準
走査信号は加算器３３に供給される。加算器３３は、Ｃ
Ｒ回路３４から出力されたメモリ出力信号と、走査信号
発生回路２６から出力された基準走査信号とを加算す
る。加算器３３により加算処理された信号（本明細書で
はこれを走査信号と呼ぶことにする）は、加算器３２に
供給される。

【００３７】加算器３２は、スイッチ３５から供給され
る制御信号と加算器３３から供給される走査信号を加算
する。加算器３２により加算処置された信号はアンプ回
路２２に供給される。アンプ回路２２は、加算器３２か
ら供給される信号を所定の利得で増幅して、圧電体スキ
ャナ１０に印加する。圧電体スキャナ１０は、アンプ回
路２２から印加される電圧信号に応じて、自由端がＸ方
向に変位する。

【００３８】次にスキャナシステムの動作について述べ
る。スキャナシステムのＸ方向に関する動作とＹ方向に
関する動作は同じであるので、以下ではＸ方向に関する
動作についてのみ述べる。

【００３９】走査の開始されるまでの間は、以下に述べ
る動作が行なわれている。圧電体スキャナ１０は、動作
したり、外力を受けたりすると、ゼロ点がドリフトし、
残留変位を生じる。Ｘ変位センサー１４は、圧電体スキ
ャナ１０に生じたＸ方向の残留変位を検出し、その残留
変位に対応したＸ変位信号をＸ駆動回路３０に送る。勿
論、圧電体スキャナ１０に残留変位が無い場合には、Ｘ
変位センサー１４の出力はゼロである。

【００４０】Ｄ／Ａ２４と走査信号発生回路２６はオフ
されており、スイッチ３５はオンされている。制御回路
２０には制御の目標値である基準信号（０Ｖ）が供給さ
れており、制御回路２０はＸ変位センサー１４から入力
されているＸ変位信号が基準信号（０Ｖ）に等しくなる
ように圧電体スキャナ１０を変位させる制御信号をスイ
ッチ３５に出力している。スイッチ３５はオンされてい
るので、制御回路２０から出力される制御信号は加算器
３２とアンプ回路２２を介して圧電体スキャナ１０に供
給される。圧電体スキャナ１０はこの制御信号を受けて
変位し、その結果、Ｘ変位センサー１４から出力される
Ｘ変位信号は基準信号に保たれる。つまり、圧電体スキ
ャナ１０は、走査が開始されるまでの間、ゼロ点のドリ
フトの無い基準状態を維持するように、フィードバック
制御されている。

【００４１】圧電体スキャナ１０がフィードバック制御
されている間に、制御回路２０から出力される制御信号
はＡ／Ｄ２３を介してメモリ回路２５に記憶され、その
記憶したデータはＤ／Ａ２４を介してＣＲ回路３４に出
力される。ＣＲ回路３４は、Ｄ／Ａ２４から出力される
メモリ出力信号をゆっくりと加算器３３を介して加算器
３２に供給していく。そして、一定時間（ＣＲ回路３４
の時定数の数倍の時間）が経つと、加算器３２に供給さ
れる信号は、メモリ回路２５に記憶した時の制御信号と
同一のものになる。つまり、このとき制御回路２０から
出力される制御信号はゼロとなる。

【００４２】走査を開始する際は、スイッチ３５がオフ
に切り換えられる。これにより圧電体スキャナ１０のフ
ィードバック制御は解除されるが、圧電体スキャナ１０
は基準状態を維持し続ける。

【００４３】走査信号発生回路２６は、圧電体スキャナ
１０を走査時間に対して線形に変位させる基準走査信号
を生成し出力する。走査信号発生回路２６から出力され
た基準走査信号は加算器３３に供給される。加算器３３
は、圧電体スキャナ１０の残留変位を除去するメモリ出
力信号と、圧電体スキャナ１０を線形に走査させる走査
信号とを加算する。加算器２７により加算処理された信
号は、基準走査信号に対して残留変位による誤差を補正
した信号となっており、この信号が実際の走査信号とし
て、加算器３２とアンプ回路２２を介して、圧電体スキ
ャナ１０に印加される。

【００４４】以上の説明から分かるように、この実施の
形態のスキャナシステムは、第一の実施の形態のスキャ
ナシステムと同様に、フィードバック制御を行なうこと
なく、ヒステリシスや残留変位の影響が除去された走査
を行なっている。これにより、高速でしかも線形性と位
置再現性に優れた走査が実現される。

【００４５】さらに、この実施の形態のスキャナシステ
ムは、フィードバック制御の解除が、第一の実施の形態
のスキャナシステムに比べて滑らかに行なえる。これに
より、走査開始時のフィードバック制御の解除の際に制
御が不安定になる心配がない。

【００４６】上述した実施の形態において、Ｘ駆動回路
（Ｙ駆動回路も同様）は、メモリ回路２５を除いてアナ
ログ回路で構成されているが、全体がデジタル回路で構
成されていてもよい。また、メモリ回路２５に記憶され
る制御信号はＤＣ成分のＤＣ電圧であるから、メモリ回
路２５とＤ／Ａ２４は、ラッチ機能を有するＤ／Ａに置
き換えられてもよい。

【００４７】次に、第三の実施の形態によるスキャナシ
ステムについて述べる。続く説明において、第一の実施
の形態の部材と同等の部材は、同一の参照符号で示す。
図３に示すように、スキャナシステムは、試料または探
針を保持するステージ１１が自由端に設けられたチュー
ブ型の圧電体スキャナ１０と、圧電体スキャナ１０をＸ
方向に変位させるためのＸ駆動回路４１と、圧電体スキ
ャナ１０をＹ方向に変位させるためのＹ駆動回路４２
と、圧電体スキャナ１０のＸ方向の変位を検出するＸ変
位センサー１４と、圧電体スキャナ１０のＹ方向の変位
を検出するＹ変位センサー１５と、Ｘ変位センサー１４
からのＸ変位信号の信号レベルを判定するレベル判定回
路４３と、Ｙ変位センサー１５からのＹ変位信号の信号
レベルを判定するレベル判定回路４４と、レベル判定回
路４３とレベル判定回路４４からの判定信号に基づいて
Ｘ駆動回路４１とＹ駆動回路４２を制御するコントロー
ラー４５とを有している。

【００４８】Ｘ駆動回路４１は、第一の実施の形態にお
けるＸ駆動回路１２または第二の実施の形態におけるＸ
駆動回路３０と同じものであり、Ｙ駆動回路４２は第一
の実施の形態におけるＹ駆動回路１３または第二の実施
の形態におけるＹ駆動回路３１と同じものである。

【００４９】レベル判定回路４３とレベル判定回路４４
は全く同じ構成をしている。以下では代表的にレベル判
定回路４４についてだけ述べる。図４に示すように、レ
ベル判定回路４３は、絶対値回路５１と比較回路５２と
で構成されており、入力される変位信号の絶対値と残留
変位の許容レベル（例えば走査エリアの１％に相当する
残留変位量）を示す許容レベル信号とを比較して、絶対
値が許容レベルよりも大きいか小さいかを判定し、その
結果を示す判定信号を出力する。

【００５０】図３に示すように、コントローラ４５は、
レベル判定回路４３から供給されるＸ変位信号の判定信
号ａに基づいて、Ｘ駆動回路４１のオフ・オフを制御す
るコントロール信号ｃを出力する。コントローラー４５
は、判定信号ａが大のとき、つまりＸ変位信号の絶対値
が許容レベルよりも大きいとき、Ｘ駆動回路４１をオン
させるオン信号を出力し、判定信号ａが小のとき、つま
りＸ変位信号の絶対値が許容レベルよりも小さいとき、
Ｘ駆動回路４１をオフさせるオフ信号を出力する。

【００５１】また、コントローラ４５は、レベル判定回
路４４から供給されるＹ変位信号の判定信号ｂに基づい
て、Ｙ駆動回路４２のオフ・オフを制御するコントロー
ル信号ｄを出力する。コントローラー４５は、判定信号
ｂが大のとき、つまりＹ変位信号の絶対値が許容レベル
よりも大きいとき、Ｙ駆動回路４２をオンさせるオン信
号を出力し、判定信号ｂが小のとき、つまりＹ変位信号
の絶対値が許容レベルよりも小さいとき、Ｙ駆動回路４
２をオフさせるオフ信号を出力する。

【００５２】ここで、Ｘ駆動回路４１及びＹ駆動回路４
２のオン・オフ制御とは、以下の制御をいう。Ｘ駆動回
路４１は、コントローラー４５から入力されるコントロ
ール信号ｃに従って制御され、Ｘ方向の残留変位が許容
レベルを下回るとき、つまり無視できる程度である場合
には、制御機能とメモリ機能が停止される。同様に、Ｙ
駆動回路４２は、コントローラー４５から入力されるコ
ントロール信号ｄに従って制御され、Ｙ方向の残留変位
が許容レベルを下回るとき、つまり無視できる程度であ
る場合には、制御機能とメモリ機能が停止される。

【００５３】即ち、圧電体スキャナ１０は、基準位置
（ゼロ点）にあると判断され、基準位置を維持するよう
なフィードバック制御を行わず、走査信号発生回路２６
から圧電体スキャナ１０を線形的に走査させる走査信号
を圧電体スキャナ１０に印加する。このような制御は測
定時間の短縮に大いに貢献する。上述したレベル判定
は、アナログ的手法により行なわれているが、デジタル
的（ソフト的）手法によって行なわれてもよい。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、圧電体の変位に生じる
ヒステリシスやクリープおよび残留変位量の影響が除去
された良好な走査と、高速な走査を両立させたスキャナ
システムが提供される。これにより、画像の歪みが少な
くかつ位置再現性の良好な、そして短時間で測定が可能
な走査型プローブ顕微鏡を構成できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態によるスキャナシス
テムを概略的に示している。

【図２】本発明の第二の実施の形態によるスキャナシス
テムを概略的に示している。

【図３】本発明の第三の実施の形態によるスキャナシス
テムを概略的に示している。

【図４】図３のレベル判定回路の構成を概略的に示して
いる。

【符号の説明】

１０ 圧電体スキャナ １２ Ｘ駆動回路 １３ Ｙ駆動回路 １４ Ｘ変位センサー １５ Ｙ変位センサー ２０ 制御回路 ２１ スイッチ ２５ メモリ回路 ２６ 走査信号発生回路 ２７ 加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステージを第一の方向およびこれに交差す
   る第二の方向に走査させる圧電体スキャナと、 第一の方向および第二の方向における圧電体スキャナの
   変位を検出し、その変位を示す変位信号を出力する変位
   検出手段と、 変位信号の目標値を出力する波形発生手段と、 変位信号を目標値に追従させる制御手段と、 制御手段の出力を記憶するメモリ手段と、 走査時間に対する圧電体の変位が線形となる走査信号を
   生成する走査信号発生手段と、 メモリ手段の出力に走査信号発生手段の出力を加算する
   加算手段と、 制御手段の出力または加算手段の出力の一方を選択する
   スイッチ手段と、 スイッチ手段の出力を受けて圧電体スキャナを駆動する
   駆動手段とを備えているスキャナシステム。
2. 【請求項２】ステージを第一の方向およびこれに交差す
   る第二の方向に走査させる圧電体スキャナと、 第一の方向および第二の方向における圧電体スキャナの
   変位を検出し、その変位を示す変位信号を出力する変位
   検出手段と、 変位信号の目標値を出力する波形発生手段と、 変位信号を目標値に追従させる制御手段と、 制御手段の出力をオン・オフするスイッチ手段と、 制御手段の出力を記憶するメモリ手段と、 走査時間に対する圧電体の変位が線形となる走査信号を
   生成する走査信号発生手段と、 メモリ手段の出力に走査信号発生手段の出力を加算する
   第一の加算手段と、 第一の加算手段の出力に制御手段の出力を加算する第二
   の加算手段と、 第二の加算手段の出力を受けて圧電体スキャナを駆動す
   る駆動手段とを備えているスキャナシステム。
3. 【請求項３】請求項２において、メモリ手段は記憶した
   制御信号の出力に対応する信号を徐々に立ち上げながら
   出力するスロー出力手段を有しているスキャナシステ
   ム。