KR20040106699A - Xy scanner in scanning probe microscope and method of driving the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주사 탐침 현미경에서의 XY 스캐너 구동 장치 및 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an XY scanner driving device and a driving method in a scanning probe microscope.
주사 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope(SPM))은 나노 스케일의 과학과 기술에서 강력한 기구로서, 끝이 뾰족한 탐침을 관측하고자 하는 표면 위에서 전후 좌우로 이동하면서 표면의 높낮이와 기타 물리적 성질을 측정하는 현미경을 의미한다. 주사탐침 현미경에는 STM(scanning tunneling microscope), 원자힘현미경(atomic force microscopy : AFM), 근접장 주사 광학 현미경(near field scanning optical microscope : NSOM), 자기력 현미경(magnetic force microscope: MFM) 등 여러 가지 방식이 있다. 일반적인 광학현미경은 빛의 회절 현상 때문에 그 분해능의 한계(200 ~ 300nm)를 가지는데, 이를 회절 한계라고 한다.그러나 주사탐침 현미경은 광학 현미경이 가질 수 없는 고 분해능을 가질 수 있다. 접촉식 주사탐침 현미경은 탐침이 표면에 닿으면서 표면을 손상시킬 수도 있으므로 이를 보완한 것이 비접촉식 주사탐침 현미경이다. 비접촉식 주사탐침 현미경은 탐침을 매우 작은 진폭으로 (그 분해능 보다 작게) 진동하게(dithering) 만들고, 그 떨림의 크기를 관측함으로써 탐침이 시료에 부딪치는 것을 막는다. 진동하는 탐침은 떨림의 크기(진폭)가, 시료와 탐침이 멀리 떨어져 있을 때는 어느 정도 일정한 값을 가지다가 그 거리가 가까워지면서 진폭이 줄기 시작한다. 완전히 탐침이 시료와 닿기 전부터 진폭은 크게 줄기 때문에 탐침이 시료와 부딪치기 전에 거리를 적당히 조절함으로써 비접촉식 주사탐침 현미경을 구현하는 것이다.Scanning Probe Microscope (SPM) is a powerful instrument in nanoscale science and technology. It refers to a microscope that measures the height and other physical properties of a surface by moving it from side to side on the surface to which the pointed probe is to be observed. do. Scanning probe microscopes include a scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscopy (AFM), near field scanning optical microscope (NSOM), and magnetic force microscope (MMF). have. Conventional optical microscopes have a limit of resolution (200-300 nm) due to diffraction of light, which is called a diffraction limit, but scanning probe microscopes can have high resolutions that optical microscopes cannot. Contact probe microscopy is a non-contact scanning probe microscope, because the probe may touch the surface and damage the surface. Non-contact scanning probe microscopes make the probe vibrate at very small amplitudes (less than its resolution) and observe the magnitude of the vibration to prevent the probe from hitting the sample. The vibrating probe has a certain amount of tremor (amplitude) when the sample and the probe are far apart, and the amplitude begins to decrease as the distance approaches. Since the amplitude is large before the probe is completely in contact with the sample, a noncontact scanning probe microscope can be implemented by adjusting the distance before the probe hits the sample.
최근, 이와 같은 주사 탐침 현미경은 서로 완전히 분리되고 고정 프레임상에 물리적으로 별개의 위치들에 장착되는 2개의 다른 스캐너를 사용한다. 하나의 스캐너("XY 스캐너"라 칭함)는 평면(또한, "XY 평면"이라 칭함)상에 있는 샘플을 주사하지만, 다른 스캐너("Z 스캐너"라 칭함)는 탐침을 평면에 수직한 방향(또한, "z 방향"이라 칭함)으로 (캔틸레버의 자유단에 지지되는) 주사한다.Recently, such scanning probe microscopes use two different scanners that are completely separated from each other and mounted at physically separate locations on a fixed frame. One scanner (called "XY scanner") scans a sample on a plane (also called "XY plane"), while the other scanner (called "Z scanner") directs the probe in a direction perpendicular to the plane ( Also referred to as "z direction") (supported at the free end of the cantilever).
상기에서 설명된 스캐너중, XY평면 상에 있는 샘플을 주사하는 XY 스캐너에는 동일 축에 평행하게 2개의 구동부가 설치된다. 이 구동부는 다층 피에조(Stacked Piezo)를 사용함으로써, 실리콘 웨이퍼와 같이 크고 무거운 샘플을 이미지할 수 있게 한다.Of the scanners described above, two drive units are provided in the XY scanner that scans a sample on the XY plane in parallel to the same axis. This drive uses Stacked Piezo, which enables the imaging of large and heavy samples such as silicon wafers.
그러나, 스택 피에조는 예를 들어 100V의 전압이 인가되었을 때 이상적으로는 11.6㎛ 늘어나지만, 데이터시트에 의하면 스택 피에조의 변위편차(displacement variation)은 대략 2.0㎛이기 때문에, 스택 피에조는 9.6㎛ 내지 13.6㎛의 길이로 늘어나게 된다.However, while the stack piezo is ideally stretched by 11.6 μm when a voltage of 100 V is applied, for example, the stack piezo has a displacement variation of about 9.6 μm to 13.6 because the displacement variation of the stack piezo is approximately 2.0 μm. It is stretched to a length of 탆.
따라서, 작은 샘플을 XY 스캐너의 중앙에 올려놓고 주사하는 경우(도 9a)에는 큰 문제가 없지만, 웨이퍼와 같은 큰 샘플을 주사하는 경우에는 상기에서 설명한 바와 같은 구동부의 전압-거리 특성 때문에, XY 스캐너의 중앙을 제외한 부분에서는 도 10b 및 10c에 나타낸 바와 같이 기생 운동인 회전 운동이 발생되어 직교성이 보장되는 이미지를 얻을 수 없는 문제점이 있다.Therefore, there is no big problem when scanning a small sample in the center of the XY scanner (FIG. 9A), but when scanning a large sample such as a wafer, because of the voltage-distance characteristics of the driving unit as described above, the XY scanner In the portions except for the center of FIG. 10B and 10C, as shown in FIGS. 10B and 10C, rotational parasitic motions are generated, and thus an image having an orthogonality cannot be obtained.
또한, 이를 회피하기 위하여 웨이퍼와 같은 큰 샘플을 XY 스캐너의 중앙에 반드시 위치시켜야만 하는 문제점도 있다.There is also a problem in that a large sample such as a wafer must be placed in the center of the XY scanner to avoid this.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 행해진 것으로, 스캐너 움직임에 회전과 같은 기생 운동을 제거할 수 있고, SPM을 사용해서 실리콘 웨이퍼와 같이 큰 시료의 모든 위치에서 직교성이 보장이 되는 이미지를 얻을 수 있는 XY 스캐너 구동 장치 및 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can eliminate parasitic motion such as rotation in scanner movement, and obtain an image with orthogonality guaranteed at all positions of a large sample such as a silicon wafer by using an SPM. An object of the present invention is to provide an XY scanner driving device and a driving method.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY스캐너의 내부 구조를 보여주는 하평면도.1A is a bottom plan view showing the internal structure of an XY scanner of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 위치 검출 센서부가 장착된 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 상평면도.1B is a top plan view of an XY scanner of a scanning probe microscope equipped with a moving position detection sensor unit according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너 구동부의 상세도.2 is a detailed view of an XY scanner driver of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention.
도 3a 및 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 제어 신호 제어부의 개략적인 회로도.3A and 3B are schematic circuit diagrams of a control signal controller of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 가변 저항을 이용한 구동부 인가 전압의 제어 동작을 보여주는 흐름도.4 is a flowchart showing a control operation of a driving unit applied voltage using a variable resistor of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention.
도 5a 및 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 로컬 피드백부의 개략적인 회로도.5A and 5B are schematic circuit diagrams of a local feedback portion of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a second embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 로컬 피드백부의 동작을 보여주는 흐름도.6A is a flow chart showing operation of the local feedback portion of the XY scanner of the scanning probe microscope according to the second embodiment of the present invention.
도 6b는 도 6a의 A 부분의 상세 흐름도.FIG. 6B is a detailed flowchart of part A of FIG. 6A;
도 6c는 도 6a의 B 부분의 상세 흐름도.FIG. 6C is a detailed flowchart of part B of FIG. 6A;
도 7a 내지 7d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 피드백부의 개략적인 회로도.7A to 7D are schematic circuit diagrams of a feedback portion of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 피드백부의 동작을 보여주는 흐름도.Fig. 8 is a flowchart showing the operation of the feedback unit of the XY scanner of the scanning probe microscope according to the third embodiment of the present invention.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 XY 스캐너 중앙에 샘플을 올려놓은 상태에서 획득한 사진.Figure 9a is a photograph obtained with the sample placed in the center of the XY scanner according to an embodiment of the present invention.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 XY 스캐너 우측 상단에 샘플을 올려놓은 상태에서 획득한 사진.Figure 9b is a photograph obtained with the sample placed on the upper right of the XY scanner according to an embodiment of the present invention.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 XY 스캐너 좌측 상단에 샘플을 올려놓은 상태에서 획득한 사진.Figure 9c is a photograph obtained with the sample placed on the upper left of the XY scanner according to an embodiment of the present invention.
도 10a는 종래의 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너 중앙에 샘플을 올려놓은 상태에서 획득한 사진.10A is a photograph obtained with a sample placed on the center of an XY scanner of a conventional scanning probe microscope.
도 10b는 종래의 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너 우측 상단에 샘플을 올려놓은 상태에서 획득한 사진.Figure 10b is a photograph obtained with the sample placed on the upper right of the XY scanner of a conventional scanning probe microscope.
도 10c는 종래의 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너 좌측 상단에 샘플을 올려놓은 상태에서 획득한 사진.Figure 10c is a photograph obtained with the sample placed on the upper left of the XY scanner of a conventional scanning probe microscope.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 : 굴곡 판 스프링1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8: bend leaf spring
9 : 가동 스테이지 10 : XY 스캐너9: movable stage 10: XY scanner
11 : 고정 몸체 21, 31, 41, 51 : 구동부11: fixed body 21, 31, 41, 51: drive part
22 : 포스 레버 23 : 피봇 포인트22: force lever 23: pivot point
24, 25, 26 : 피에조 27 : 가동 지그24, 25, 26: piezo 27: movable jig
28 : 고정부 29 : 박판 스프링28: fixing part 29: leaf spring
60 : 이동 위치 검출 센서부 70, 70': 제어 신호 분할부60: movement position detection sensor unit 70, 70 ': control signal division unit
80, 80': 로컬 피드백부80, 80 ': local feedback section
910, 920, 930, 940 : 피드백부910, 920, 930, 940: feedback unit
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 주사 탐침 현미경에서 X-Y축으로 주사하는 XY 스캐너로서, 샘플을 올려놓는 샘플척을 고정하여 상기 샘플척과 더불어 이동하는 가동 스테이지; 인가되는 제어 신호로 구동하여 상기 가동 스테이지를 이동시키고, X-Y축의 각 축에 평행하게 설치되는 적어도 2개 이상의 구동부; 상기 가동 스테이지가 X축과 Y축으로 이동한 이동 위치를 검출하는 이동 위치 검출 센서부; 및 상기 제어 신호를 생성하여 상기 구동부에 인가하고, 상기 이동 위치 검출 센서부로부터 출력된 상기 가동 스테이지의 X-Y축의 각 축상의 이동 위치 신호들을 사용하여, 동일 축상의 구동부에 상이한 제어 신호가 인가되도록 제어하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention is an XY scanner for scanning on the X-Y axis in a scanning probe microscope, the movable stage is fixed to the sample chuck to put the sample moving with the sample chuck; At least two driving units driven by a control signal applied to move the movable stage and installed in parallel with each axis of the X-Y axis; A movement position detection sensor unit for detecting a movement position of the movable stage in the X and Y axes; And generating and applying the control signal to the drive unit, so that different control signals are applied to the drive unit on the same axis by using the movement position signals on each axis of the XY axis of the movable stage output from the move position detection sensor unit. It includes a control unit.
또한, 본 발명은 주사 탐침 현미경에서 X-Y축으로 주사하는 XY 스캐너로서, 샘플을 올려놓는 샘플척을 고정하여 상기 샘플척과 더불어 이동하는 가동 스테이지; 인가되는 제어 신호로 구동하여 상기 가동 스테이지를 이동시키고, X-Y축의 각 축에 평행하게 설치되는 적어도 2개 이상의 구동부; 상기 가동 스테이지가 X축과 Y축으로 이동한 이동 위치를 검출하는 이동 위치 검출 센서부; 및 상기 제어 신호를 생성하여 상기 구동부에 인가하고, 상기 이동 위치 검출 센서부로부터 출력된 상기 가동 스테이지의 X-Y축의 각 축상의 이동 위치 신호들을 비교하여, 동일 축상의 이동 위치 신호의 차이에 해당되는 차분 신호를 상기 구동부의 음극단에 인가하도록 피드백 제어하는 로컬 피드백 제어부를 포함한다.In addition, the present invention is an XY scanner for scanning on the X-Y axis in the scanning probe microscope, the movable stage is fixed to the sample chuck on which the sample is placed to move with the sample chuck; At least two driving units driven by a control signal applied to move the movable stage and installed in parallel with each axis of the X-Y axis; A movement position detection sensor unit for detecting a movement position of the movable stage in the X and Y axes; And generating and applying the control signal to the driving unit, comparing the movement position signals on each axis of the XY axis of the movable stage output from the movement position detection sensor unit, and the difference corresponding to the difference of the movement position signals on the same axis. And a local feedback control unit for controlling feedback to apply a signal to the cathode end of the driving unit.
또한, 본 발명은 주사 탐침 현미경에서 X-Y축으로 주사하는 XY 스캐너로서, 샘플을 올려놓는 샘플척을 고정하여 상기 샘플척과 더불어 이동하는 가동 스테이지; 인가되는 제어 신호로 구동하여 상기 가동 스테이지를 이동시키고, X-Y축의 각 축에 평행하게 설치되는 적어도 2개 이상의 구동부; 상기 가동 스테이지가 X축과 Y축으로 이동한 이동 위치를 검출하는 이동 위치 검출 센서부; 및 상기 제어 신호를 생성하여 상기 구동부에 인가하고, 상기 이동 위치 검출 센서부로부터 출력된 상기 가동 스테이지의 X-Y축의 각 축상의 이동 위치 신호들과 상기 제어 신호를 비교하여, 상기 이동 위치 신호와 상기 제어 신호의 차이에 해당되는 차분 신호를 상기 구동부의 양극단에 인가하도록 피드백 제어하는 피드백 제어부를 포함한다.In addition, the present invention is an XY scanner for scanning on the X-Y axis in the scanning probe microscope, the movable stage is fixed to the sample chuck on which the sample is placed to move with the sample chuck; At least two driving units driven by a control signal applied to move the movable stage and installed in parallel with each axis of the X-Y axis; A movement position detection sensor unit for detecting a movement position of the movable stage in the X and Y axes; And generating and applying the control signal to the driving unit, and comparing the control signal with movement position signals on each axis of the XY axis of the movable stage output from the movement position detection sensor unit, thereby controlling the movement position signal and the control. And a feedback control unit configured to feedback-control the application of the difference signal corresponding to the difference of the signal to both ends of the driving unit.
또한, 본 발명은 주사 탐침 현미경에서 X-Y축으로 주사하는 XY 스캐너 구동방법으로서, 상기 XY 스캐너를 구동하는 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 생성하여 고전압 증폭시키는 단계; 상기 증폭된 제어 신호를 상기 XY 스캐너의 각 축에 평행하게 설치된 4개의 구동부에 인가하는 단계; 샘플을 올려놓는 샘플척을 고정하고, 상기 구동부에 의해 XY축으로 이동하는 가동 스테이지가 2개의 X축 구동부에 의해 X축으로 이동한 이동 위치 신호를 검출하고 상기 이동 위치 신호의 차이를 계산하여, 상기 이동 위치 신호중 이동 위치 신호가 큰 X축 구동부에 인가되는 제어 신호를 감소시키는 단계; 상기 가동 스테이지가 2개의 Y축 구동부에 의해 Y축으로 이동한 이동 위치 신호를 검출하고 상기 이동 위치 신호의 차이를 계산하여, 상기 이동 위치 신호중 이동 위치 신호가 큰 Y축 구동부에 인가되는 제어 신호를 감소시키는 단계; 및 상기 샘플의 XY 평면을 모두 스캔하였는지 어떤지를 식별하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention provides a method for driving an XY scanner for scanning from the scanning probe microscope to the X-Y axis, comprising: generating an X-axis control signal and a Y-axis control signal for driving the XY scanner to amplify a high voltage; Applying the amplified control signal to four driving units installed parallel to each axis of the XY scanner; The sample chuck on which the sample is placed is fixed, and the movable stage moving on the XY axis by the driving unit detects the moving position signal moved on the X axis by the two X axis driving units, and calculates the difference between the moving position signals, Reducing a control signal applied to an X-axis driving unit having a larger movement position signal among the movement position signals; The movable stage detects a movement position signal moved to the Y axis by two Y-axis driving units, calculates a difference between the movement position signals, and controls a control signal applied to the Y-axis driving unit having the larger movement position signal among the movement position signals. Reducing; And identifying whether all of the XY planes of the sample have been scanned.
또한, 본 발명은 주사 탐침 현미경에서 X-Y축으로 주사하는 XY 스캐너 구동방법으로서, 상기 XY 스캐너를 구동하는 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 생성하여 고전압 증폭시키는 단계; 상기 증폭된 제어 신호를 상기 XY 스캐너의 각 축에 평행하게 설치된 4개의 구동부에 인가하는 단계; 샘플을 올려놓는 샘플척을 고정하고, 상기 구동부에 의해 X-Y축으로 이동하는 가동 스테이지가 상기 구동부에 의해 이동한 이동 위치 신호를 검출하여, 동일 축의 이동 위치 신호의 차이에 해당되는차분 신호를 동일 축상에 있는 구동부에 인가하도록 하는 피드백을 행하는 단계; 및 상기 샘플의 XY 평면을 모두 스캔하였는지 어떤지를 식별하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention provides a method for driving an XY scanner for scanning from the scanning probe microscope to the X-Y axis, comprising: generating an X-axis control signal and a Y-axis control signal for driving the XY scanner to amplify a high voltage; Applying the amplified control signal to four driving units installed parallel to each axis of the XY scanner; The sample chuck on which the sample is placed is fixed, and the movable stage moving on the XY axis by the driving unit detects the moving position signal moved by the driving unit, and the difference signal corresponding to the difference between the moving position signals on the same axis is moved on the same axis. Performing feedback to apply the drive to the drive; And identifying whether all of the XY planes of the sample have been scanned.
더욱이, 본 발명은 주사 탐침 현미경에서 X-Y축으로 주사하는 XY 스캐너 구동방법으로서, 상기 XY 스캐너를 구동하는 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 생성하여 고전압 증폭시키는 단계; 상기 증폭된 제어 신호를 상기 XY 스캐너의 각 축에 평행하게 설치된 4개의 구동부에 인가하는 단계; 샘플을 올려놓는 샘플척을 고정하고, 상기 구동부에 의해 X-Y축으로 이동하는 가동 스테이지가 상기 구동부에 의해 이동한 이동 위치 신호를 검출하여, 상기 제어 신호와 상기 이동 위치 신호의 차이에 해당되는 차분 신호를 구동부의 양극단에 인가하도록 하는 피드백을 행하는 단계; 및 상기 샘플의 XY 평면을 모두 스캔하였는지 어떤지를 식별하는 단계를 포함한다.Furthermore, the present invention provides a method for driving an XY scanner for scanning on an X-Y axis in a scanning probe microscope, the method comprising: generating an X-axis control signal and a Y-axis control signal for driving the XY scanner to amplify a high voltage; Applying the amplified control signal to four driving units installed parallel to each axis of the XY scanner; A sample chuck on which a sample is placed is fixed, and a moving position signal moved by the driving unit on the XY axis by the driving unit detects a moving position signal moved by the driving unit, and a difference signal corresponding to the difference between the control signal and the moving position signal. Performing a feedback to apply a to the anode ends of the drive unit; And identifying whether all of the XY planes of the sample have been scanned.
본 명세서에서 사용된 용어 "주구동부"와 "부구동부"는 동일축에 평행하게 설치된 2개의 구동부중, 피에조가 보다 많이 늘어난 쪽의 구동부를 "주구동부", 피에조가 보다 적게 늘어난 쪽의 구동부를 "부구동부"인 것을 의미한다.As used herein, the terms “main drive part” and “sub drive part” refer to a drive part in which the piezo is increased in more than two drive parts installed in parallel with the same axis. It means the "drive part".
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1a은 본 발명의 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY스캐너의 내부 구조를 보여주는 하평면도이고, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너에 이동 위치 검출 센서부를 장착한 상평면도이다.Figure 1a is a bottom plan view showing the internal structure of the XY scanner of the scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention, Figure 1b is an image mounting the moving position detection sensor unit in the XY scanner of the scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention Top view.
도 1a 및 1b에 있어서, XY 스캐너(10)는 가동 스테이지(9), 고정 몸체(11), 구동부(21, 31, 41, 51), 굴곡 판 스프링(1 내지 8), 이동 위치 검출 센서부(60)및 제어부(도시하지 않음)를 포함한다.1A and 1B, the XY scanner 10 includes the movable stage 9, the fixed body 11, the driving units 21, 31, 41, and 51, the bent leaf springs 1 to 8, and the moving position detecting sensor unit. 60 and a control unit (not shown).
가동 스테이지(9)는 샘플을 올려놓는 샘플척(도시하지 않음)을 고정한다. 따라서, 가동 스테이지(9)는 샘플과 더불어 이동한다.The movable stage 9 fixes a sample chuck (not shown) on which the sample is placed. Thus, the movable stage 9 moves with the sample.
또한, 가동 스테이지(9)는 도 1a에 나타낸 바와 같이, 고정 몸체(11)와 굴곡 판 스프링(1 내지 8)로 연결되어, X축과 Y축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 1A, the movable stage 9 is connected to the fixed body 11 and the bent leaf springs 1 to 8, and can move freely in the X and Y axis directions.
구동부(21, 31, 41, 51)는 가동 스테이지(9)를 X축으로 이동시키는 X축 구동부(21 및 41, 또는 31 및 51)와 Y축으로 이동시키는 Y축 구동부(31 및 51, 또는 21 및 41)로 이루어진다.The driving units 21, 31, 41, 51 are the X-axis driving units 21 and 41 or 31 and 51 for moving the movable stage 9 to the X-axis and the Y-axis driving units 31 and 51 for moving the Y-axis, or 21 and 41).
X축 구동부(21 및 41, 또는 31 및 51)에는 상이한 제어 신호(전압)가 인가되고, 또한 Y축 구동부(31 및 51, 또는 21 및 41)에도 상이한 제어 신호(전압)가 인가되어 가동 스테이지(9)가 동일한 거리로 이동되어 샘플의 모서리 부분에서 기생 운동이 발생되지 않도록 한다.Different control signals (voltage) are applied to the X-axis driving units 21 and 41, or 31 and 51, and different control signals (voltage) are also applied to the Y-axis driving units 31 and 51, or 21 and 41, thereby operating the stage. (9) is moved the same distance so that parasitic motion does not occur at the corners of the sample.
이 구동부(21, 31, 41, 51)에 대해서는 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.The driving units 21, 31, 41, and 51 will be described in more detail with reference to FIG.
이동 위치 검출 센서부(60)는 도 1b에 나타낸 바와 같이, 일단이 고정 몸체(11)에 고정되고, 가동 스테이지(9)의 이동 위치를 검출하는 부분인 타단이 가동 스테이지(9) 위에 있도록 설치되어, 가동 스테이지(9)의 각축 위치를 적어도 2곳 이상에서 검출하게 된다.As shown in FIG. 1B, the movement position detection sensor unit 60 is installed such that one end is fixed to the fixed body 11 and the other end, which is a portion for detecting the movement position of the movable stage 9, is on the movable stage 9. Thus, the angular axis position of the movable stage 9 is detected at at least two positions.
본 실시예에서는 2개의 이동 위치 검출 센서부(60)를 설치하였지만, 가동 스테이지(9)의 이동 위치를 보다 정밀하게 검출하기 위해 2개 이상의 이동 위치 검출센서부(60)를 설치하여도 무방하다.Although two moving position detection sensor units 60 are provided in this embodiment, two or more moving position detection sensor units 60 may be provided in order to more accurately detect the moving position of the movable stage 9. .
제어부(도시하지 않음)는 이동 위치 검출 센서부(60)로부터 검출된 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호를 근거하여 구동부(21, 31, 41 51)를 제어하는 것으로, 도 3 내지 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.The controller (not shown) controls the driving units 21, 31, and 41 51 based on the movement position signals of the movable stage 9 detected by the movement position detection sensor unit 60. It demonstrates in detail with reference.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너 구동부의 상세도이다.2 is a detailed view of an XY scanner driver of a scanning probe microscope according to an embodiment of the present invention.
도 2에 있어서, 구동부(21, 31, 41, 51)는 피에조(piezo; 24, 25, 26), 포스 레버(force-lever; 22), 피봇 포인트(pivot point; 23) 및 가동 지그(moving-zig; 27)를 포함한다.In Fig. 2, the drives 21, 31, 41, 51 are piezo 24, 25, 26, force-lever 22, pivot point 23 and movable jig. -zig; 27).
피에조(24, 25, 26)는 제어부(도시하지 않음)으로부터 출력된 제어 신호(전압)에 의해 늘어나게 된다. 이와 같이, 피에조(24, 25, 26)가 늘어남에 따라 구동부(21, 31, 41, 51)에 고정된 가동 스테이지(9)가 X축과 Y축으로 이동하게 된다.The piezos 24, 25, 26 are increased by the control signal (voltage) output from the control unit (not shown). In this way, as the piezos 24, 25, 26 increase, the movable stage 9 fixed to the driving units 21, 31, 41, 51 moves on the X-axis and the Y-axis.
통상, 피에조(24, 25, 26)는 100V의 전압이 인가되었을 때 11.6㎛ 늘어난다(NEC/TOKIN, AE0505D16).Usually, the piezos 24, 25, and 26 increase by 11.6 mu m when a voltage of 100 V is applied (NEC / TOKIN, AE0505D16).
포스 레버(22)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 고정부(28)와 박판 스프링(29)으로 연결된다. 또한, 포스 레버(22)에는 피에조(24)와 점 접촉을 하는 원통형의 피봇 포인트(23)가 고정되어, 피에조(24, 25, 26)가 늘어남에 따라, 피봇 포인트(23)는 피에조(24, 25, 26)의 팽창에 따른 힘을 포스 레버(22)로 전달한다.The force lever 22 is connected by the fixing | fixed part 28 and the leaf spring 29, as shown in FIG. In addition, a cylindrical pivot point 23 which is in point contact with the piezo 24 is fixed to the force lever 22, and as the piezos 24, 25, and 26 are extended, the pivot point 23 becomes the piezos 24. , 25, 26 transmits the force due to the expansion to the force lever (22).
더욱이, 포스 레버(22)는 지렛대 원리를 이용하여 피에조(24, 25, 26)가 늘어나는 길이의 대략 3배 정도의 길이로 가동 스테이지(9)를 이동시킨다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 포스 레버(22)는 피봇 포인트(23)를 기준으로 하여, 박판 스프링(29)과 연결되는 상단을 가동 지그(27)와 연결되는 하단보다 짧게 하고, 포스 레버(22)와 연결된 박판 스프링(29)이 받침점으로서 작용함으로써, 피에조(24, 25, 26)가 늘어나는 길이보다 대략 3배 정도의 길이로 가동 스테이지(9)를 이동시킨다.Further, the force lever 22 uses the lever principle to move the movable stage 9 to a length approximately three times the length at which the piezos 24, 25, 26 extend. That is, as shown in FIG. 2, the force lever 22 makes the upper end connected to the leaf spring 29 shorter than the lower end connected to the movable jig 27 based on the pivot point 23. The leaf spring 29 connected to the 22 serves as a supporting point, thereby moving the movable stage 9 to a length approximately three times the length of the piezo 24, 25, 26.
가동 지그(27)는 가동 스테이지(9)에 고정되고 포스 레버(23)에 연결되어, 피에조(24, 25, 26)의 팽창에 따라 가동 스테이지(9)를 X축 또는 Y축으로 이동시킨다.The movable jig 27 is fixed to the movable stage 9 and connected to the force lever 23 to move the movable stage 9 to the X-axis or the Y-axis in accordance with the expansion of the piezos 24, 25, 26.
따라서, 예를 들어 구동부(21, 31, 41, 51)에 100V의 제어 신호(전압)이 인가되었을 때 피에조가 11.6㎛ 늘어난 경우, 가동 스테이지(9)가 X축 또는 Y축으로 이동한 거리는 이상적으로는 3(피에조(24, 25, 26)의 개수)×3(포스 레버(23)의 머신 이득)×11.6㎛ = 104.4㎛일 것이다.Thus, for example, when the piezo is increased by 11.6 μm when a control signal (voltage) of 100 V is applied to the driving units 21, 31, 41, and 51, the distance that the movable stage 9 moves on the X axis or the Y axis is ideal. 3 (number of piezos 24, 25, 26) x 3 (machine gain of force lever 23) x 11.6 占 퐉 = 104.4 占 퐉.
그러나, 데이터시트에 의하면 피에조(24, 25, 26)의 변위 편차(displacement variation)는 대략 2.0㎛이기 때문에, 피에조(24, 25, 26)는 9.6㎛ 내지 13.6㎛의 길이로 늘어나게 된다. 따라서, 동일축의 구동부(21 및 41, 또는 31 및 51)에서, 주구동부는 가동 스테이지(9)를 122.4㎛(= 3×3×13.6㎛)까지 이동시키고, 부구동부는 가동 스테이지(9)를 86.4㎛(= 3×3×9.6㎛)까지 이동시키게 된다.However, according to the data sheet, since the displacement variation of the piezos 24, 25 and 26 is approximately 2.0 mu m, the piezos 24, 25 and 26 extend to a length of 9.6 mu m to 13.6 mu m. Therefore, in the drive units 21 and 41 or 31 and 51 on the same axis, the main drive unit moves the movable stage 9 to 122.4 μm (= 3 × 3 × 13.6 μm), and the sub-drive unit moves the movable stage 9. It is moved to 86.4 µm (= 3 × 3 × 9.6 µm).
이와 같이, 동일 축의 주구동부와 부구동부의 이동 거리가 상이하기 때문에 샘플 모서리 부분을 스캔할 때 발생되는 이미지 왜곡을 방지하기 위한 본 발명의 실시예를 하기에서 보다 상세하게 설명한다.As described above, an embodiment of the present invention for preventing image distortion generated when scanning a sample edge part is explained in more detail because the moving distances of the main drive part and the sub-drive part of the same axis are different.
(제 1 실시예)(First embodiment)
도 3a 및 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 제어 신호 제어부의 개략적인 회로도이고, 도 3a는 X축 제어 신호 제어부의 개략적인 회로도, 도 3b는 Y축 제어 신호 제어부의 개략적인 회로도이다.3A and 3B are schematic circuit diagrams of a control signal controller of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3A is a schematic circuit diagram of an X-axis control signal controller, and FIG. 3B is a Y-axis control signal. A schematic circuit diagram of the controller.
도 3a에 있어서, 도면부호(V1)는 X축 부구동부(Y1)와 X축 주구동부(Y2)에 인가되는 제어 신호(전압), 도면부호(70)는 X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)의 총 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 저전압을 X축 주구동부(Y2)의 음극단에 인가하는 X축 제어 신호 분할부이다.In FIG. 3A, reference numeral V1 denotes a control signal (voltage) applied to the X-axis subordinate driving unit Y1 and the X-axis main driving unit Y2, and reference numeral 70 denotes the X-axis main driving unit Y2 and X. Comparing the difference of the total travel distance of the movable stage (refer FIG. 1A and 1B; 9) by the shaft sub-drive part Y1, and applying the low voltage corresponding to this difference to the negative end of the X-axis main drive part Y2. X-axis control signal splitter.
또한, 도 3b에 있어서 도면부호(V2)는 Y축 부구동부(Y3)와 Y축 주구동부(Y4)에 인가되는 제어 신호(전압), 도면부호(70')는 Y축 주구동부(Y4)와 Y축 부구동부(Y3)의 이동 거리의 차이를 비교하여 차이에 해당되는 저전압을 주구동부(Y4)의 음극단에 입력하는 Y축 제어 신호 분할부이다.3B, reference numeral V2 denotes a control signal (voltage) applied to the Y-axis subordinate drive Y3 and Y-axis main driver Y4, and reference numeral 70 'denotes the Y-axis main driver Y4. And the Y-axis control signal splitter for comparing the difference in the moving distance between the Y-axis sub-drive unit Y3 and inputting a low voltage corresponding to the difference to the negative end of the main drive unit Y4.
우선, 도 3a에 있어서, 스캔 마스터(Scan-Master)부(도시하지 않음)로부터 생성된 제어 신호(V1)를 증폭기(U1)을 이용하여 증폭시킨 후, X축 부구동부(Y1)과 X축 주구동부(Y2)에 인가한다.First, in FIG. 3A, the control signal V1 generated from the scan master unit (not shown) is amplified using the amplifier U1, and then the X-axis sub-drive unit Y1 and the X-axis. It is applied to the main drive unit Y2.
여기서, 스캔 마스터는 기존의 AFM 장비에서 XY 방향의 움직임의 선형성을 양호하게 하기 위해 사용되는 것으로, 일반적으로 폐루프 스캔(Closed-Loop Scan)이라도 한다. 이 스캔 마스터는 전압의 증가 및 전압의 감소시에 다른 변위(Displacement)로 움직이는 것을 교정하고, 인가한 전압에 대해 선형적으로 피에조가 늘어날 수 있도록 한다.Here, the scan master is used to improve the linearity of the movement in the XY direction in the existing AFM equipment, and generally performs a closed loop scan (Closed-Loop Scan). This scan master corrects movement with different displacements as the voltage increases and decreases, allowing the piezo to grow linearly with respect to the applied voltage.
이와 같은 스캔 마스터는 미합중국 특허 제 5210410호, 미합중국 특허 제 5939719호 및 미합중국 특허 제 6265718호를 참고하기 바란다.For such scan masters, see US Pat. No. 52,10410, US Pat. No. 5939719, and US Pat. No. 6,265,718.
또한, 증폭기(U1)는 고전압 증폭기(Highvoltage amplifier)로 제어 신호(V1)을 100V 전압으로 증폭한다.In addition, the amplifier U1 amplifies the control signal V1 to a voltage of 100V with a high voltage amplifier.
제어 신호(V1)에 의해 X축 부구동부(Y1)와 X축 주구동부(Y2)가 구동하여 가동 스테이지(9)가 X축으로 이동하면, 이동 위치 검출 센서부(60)는 가동 스테이지(9)의 X축 이동 위치를 검출한다.When the X-axis sub-drive unit Y1 and the X-axis main drive unit Y2 are driven by the control signal V1 to move the movable stage 9 to the X-axis, the movement position detection sensor unit 60 moves to the movable stage 9. ) Detects the X-axis movement position.
스캔 마스터부(도시하지 않음)는 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)의 이동 위치 신호(x1)와 X축 주구동부(Y2)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x2)를 사용하여, 대표되는 이동 위치 신호(x1 또는 x2 또는 x1과 x2의 평균 등)와 제어 신호(V1)가 상이한 경우, X축 제어 신호(V1)를 변경시킴으로써, 가동 스테이지(9)를 원하는 위치로 이동시킨다.The scan master unit (not shown) includes the movable position signal x1 of the movable stage (see FIGS. 1A and 1B; 9) by the X-axis sub-drive unit Y1 and the movable stage by the X-axis main drive unit Y2 ( By using the movement position signal x2 of 9), when the representative movement position signal (x1 or x2 or the average of x1 and x2, etc.) and the control signal V1 are different, the X-axis control signal V1 is changed. The movable stage 9 is moved to a desired position.
예를 들면, 구동부(도 1a 및 1b를 참조; 21, 31 41, 51)에 100V 전압을 인가하면 가동 스테이지(9)가 100㎛ 이동하는 것으로 가정한다. 제어 신호(V1)를 증폭시킨 후, 100V의 전압을 X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 인가하면, X축 주구동부(Y2)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 103㎛ 이동하고, X축 부구동부(Y1)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 98㎛ 이동하게 된다.For example, it is assumed that when the 100 V voltage is applied to the driver (see FIGS. 1A and 1B; 21, 31 41, 51), the movable stage 9 moves 100 µm. After amplifying the control signal V1, when a voltage of 100 V is applied to the X-axis main driver Y2 and the X-axis subdrive Y1, the movable stage 9 is approximately 103 by the X-axis main driver Y2. It moves by micrometer and the movable stage 9 moves about 98 micrometers by the X-axis sub-drive part Y1.
제어 신호 분할부(70)에서는 X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 미리 계산하여, 이에 해당되는 전압이 X축주구동부(Y2)의 음극단에 인가되도록 제어 신호 분할부(70)의 가변저항(R2)의 저항값을 미리 찾아낸다.The control signal splitter 70 calculates in advance the difference between the moving distance of the movable stage 9 by the X-axis main drive Y2 and the X-axis subdrive Y1, and the corresponding voltage is the X-axis main drive Y2. The resistance value of the variable resistor R2 of the control signal splitter 70 is found in advance so as to be applied to the cathode terminal of
즉, X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이는 5㎛이므로, X축 주구동부(Y2)에 의해 가동 스테이지(9)가 5㎛ 적게 이동되도록 X축 주구동부(Y2) 양단에 인가되는 전압을 저감시키는 가변저항(Y2)의 저항값을 미리 찾아낸다.That is, since the difference in the movement distance of the movable stage 9 by the X-axis main drive unit Y2 and the X-axis sub-drive unit Y1 is 5 µm, the movable stage 9 is set to 5 by the X-axis main drive unit Y2. The resistance value of the variable resistor (Y2) for reducing the voltage applied across the X-axis main driver (Y2) in advance so as to move by a few micrometers is found in advance.
도면 부호(U2)는 구동부(Y1, Y2)에 걸리는 임피던스를 맞추기 위하여 사용되는 버퍼이다.Reference numeral U2 denotes a buffer used to match the impedance across the driving units Y1 and Y2.
또한, 도 3b에 있어서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)로부터 생성된 제어 신호(V2)를 증폭기(U4)을 이용하여 증폭시킨 후, Y축 부구동부(Y3)과 Y축 주구동부(Y4)에 인가한다. 여기서, 증폭기(U4)는 고전압 증폭기(Highvoltage amplifier)로 제어 신호(V2)을 100V 전압으로 증폭한다.3B, after amplifying the control signal V2 generated from the scan master unit (not shown) using the amplifier U4, the Y-axis sub-drive unit Y3 and the Y-axis main drive unit Y4. To apply. Here, the amplifier U4 amplifies the control signal V2 to a voltage of 100V with a high voltage amplifier.
제어 신호(V2)에 의해 Y축 부구동부(Y3)와 Y축 주구동부(Y4)가 구동하여 가동 스테이지(9)가 Y축으로 이동하면, 이동 위치 검출 센서부(60)는 가동 스테이지(9)의 Y축 이동 위치를 검출한다.When the Y-axis sub-drive unit Y3 and the Y-axis main drive unit Y4 are driven by the control signal V2, and the movable stage 9 moves to the Y-axis, the movement position detection sensor unit 60 moves to the movable stage 9. ) Detects the Y-axis movement position.
스캔 마스터부(도시하지 않음)는 Y축 부구동부(Y3)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x3)와 Y축 주구동부(Y4)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x4)를 사용하여, 대표되는 이동 위치 신호(x3 또는 x4 또는 x3과 x4의 평균 등)와 제어 신호(V2)가 상이한 경우, Y축 제어 신호(V2)를 변경시킴으로써, 가동 스테이지(9)를 원하는 위치로 이동시킨다.The scan master unit (not shown) includes the movement position signal x3 of the movable stage 9 by the Y-axis sub-drive unit Y3 and the movement position signal of the movable stage 9 by the Y-axis main drive unit Y4 ( By using x4), when the representative movement position signal (x3 or x4 or the average of x3 and x4, etc.) and the control signal V2 are different, the movable stage 9 is changed by changing the Y-axis control signal V2. Move it to the desired position.
예를 들면, 구동부(21, 31 41, 51)에 100V 전압을 인가하면 가동 스테이지(9)가 100㎛ 이동하는 것으로 가정한다. 제어 신호(V2)를 증폭시킨 후, 100V의 전압을 Y축 주구동부(Y4)와 Y축 부구동부(Y3)에 인가하면, Y축 주구동부(Y4)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 103㎛ 이동하고, Y축 부구동부(Y3)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 98㎛ 이동하게 된다.For example, it is assumed that when the 100 V voltage is applied to the driving units 21, 31 41, and 51, the movable stage 9 moves 100 μm. After amplifying the control signal V2, when a voltage of 100 V is applied to the Y-axis main driver Y4 and the Y-axis subdrive Y3, the movable stage 9 is approximately 103 by the Y-axis main driver Y4. The movable stage 9 is moved by approximately 98 µm by the Y-axis sub-drive section Y3.
제어 신호 분할부(70')에서는 Y축 주구동부(Y4)와 Y축 부구동부(Y3)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 미리 계산하여, 이에 해당되는 전압이 X축 주구동부(Y4)의 음극단에 인가되도록 제어 신호 분할부(70')의 가변저항(R4)의 저항값을 미리 찾아낸다.In the control signal splitter 70 ', the difference between the movement distances of the movable stage 9 by the Y-axis main driver Y4 and the Y-axis sub-driver Y3 is calculated in advance, and the corresponding voltage is the X-axis main driver. The resistance value of the variable resistor R4 of the control signal splitter 70 'is found in advance so as to be applied to the cathode terminal of Y4.
즉, Y축 주구동부(Y4)와 Y축 부구동부(Y3)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이는 5㎛이므로, Y축 주구동부(Y4)에 의해 가동 스테이지(9)가 5㎛ 적게 이동되도록 Y축 주구동부(Y4) 양단에 인가되는 전압을 저감시키는 가변저항(Y4)의 저항값을 미리 찾아낸다.That is, since the difference of the movement distance of the movable stage 9 by the Y-axis main drive part Y4 and the Y-axis subdrive part Y3 is 5 micrometers, the movable stage 9 is set to 5 by the Y-axis main drive part Y4. The resistance value of the variable resistor (Y4) for reducing the voltage applied across the Y-axis main driver (Y4) in advance so as to move by a few micrometers is found in advance.
도면 부호(U5)는 구동부(Y3, Y4)에 걸리는 임피던스를 맞추기 위하여 사용되는 버퍼이다.Reference numeral U5 denotes a buffer used to match the impedance across the driving units Y3 and Y4.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 가변 저항을 이용한 구동부 인가 전압의 제어 동작을 보여주는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a control operation of a driving unit applied voltage using a variable resistor of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a first embodiment of the present invention.
도 4에 있어서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 X축 제어 신호(V1)와 Y축 제어 신호(V2)를 생성하고(S10), 증폭기(도 3a 및 3b를 참조; U1, U4)를 이용하여 제어 신호(V1, V2)를 고전압 증폭시킨다(S11).In FIG. 4, the scan master unit (not shown) generates the X-axis control signal V1 and the Y-axis control signal V2 (S10), and the amplifiers (see FIGS. 3A and 3B; U1 and U4). The control signals V1 and V2 are amplified by high voltage (S11).
단계 S12에서, 증폭된 제어 신호를 각 구동부에 인가하고, 단계 S13에서 X축 구동부(도 3a를 참조; Y1, Y2)에 의해 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)가 이동한 이동 위치 신호(x1, x2)를 이동 위치 검출 센서부(60)를 이용하여 검출한다.In step S12, the amplified control signal is applied to each drive unit, and in step S13, the moving position where the movable stage (see Figs. 1A and 1B; 9) is moved by the X-axis drive unit (see Fig. 3A; Y1, Y2). The signals x1 and x2 are detected using the moving position detection sensor unit 60.
단계 S14에서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 검출된 이동 위치 신호(x1, x2)의 차이를 계산하여, 이 이동 위치 신호(x1, x2)의 차이가 원하는 양보다 큰지 어떤지를 식별한다(S15).In step S14, the scan master unit (not shown) calculates the difference between the detected moving position signals x1 and x2 to identify whether the difference between the moving position signals x1 and x2 is greater than the desired amount ( S15).
단계 S15에서 이동 위치 신호(x1, x2)의 차이가 원하는 양보다 큰 경우, 단계 S16에서 스캔 마스터부는 X축 제어 신호 분할부(도 3a를 참조; 70)의 가변 저항(R2)의 저항값을 변화시키고, 이에 해당되는 전압을 X축 주구동부(Y2)의 음극단에 인가시킨다. 이것에 의해, X축 주구동부(Y2)에 인가되는 전압은 감소된다.If the difference between the movement position signals x1 and x2 is greater than the desired amount in step S15, in step S16 the scan master unit measures the resistance value of the variable resistor R2 of the X-axis control signal divider (see FIG. 3A; 70). The voltage is applied to the cathode terminal of the X-axis main drive unit Y2. As a result, the voltage applied to the X-axis main driver Y2 is reduced.
단계 S15에서 이동 위치 신호(x1, x2)의 차이가 원하는 양보다 큰 경우, 단계 S17에서 Y축 구동부(도 3b를 참조; Y3, Y4)에 의해 가동 스테이지(9)가 이동한 이동 위치 신호(x3, x4)를 이동 위치 검출 센서부(60)를 이용하여 검출한다.When the difference between the movement position signals x1 and x2 in step S15 is larger than the desired amount, the movement position signal (in which the movable stage 9 is moved by the Y-axis drive unit (see Fig. 3B; Y3, Y4) in step S17 ( The x3 and x4 are detected using the moving position detection sensor unit 60.
단계 S18에서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 검출된 이동 위치 신호(x3, x4)의 차이를 계산하여, 이 이동 위치 신호(x3, x4)의 차이가 원하는 양보다 큰지 어떤지를 식별한다(S19).In step S18, the scan master unit (not shown) calculates the difference between the detected moving position signals x3 and x4 to identify whether the difference between the moving position signals x3 and x4 is larger than the desired amount ( S19).
단계 S19에서 이동 위치 신호(x3, x4)의 차이가 원하는 양보다 큰 경우, 단계 S20에서 스캔 마스터부는 Y축 제어 신호 제어부(도 3b를 참조; 70')의 가변 저항(R4)의 저항값을 변화시키고, 이에 해당되는 전압을 Y축 주구동부(Y4)의 음극단에 인가시킨다. 이것에 의해, Y축 주구동부(Y4)에 인가되는 전압은 감소된다.If the difference between the movement position signals x3 and x4 is greater than the desired amount in step S19, in step S20 the scan master unit measures the resistance value of the variable resistor R4 of the Y-axis control signal control unit (see FIG. 3B; 70 '). The voltage is applied to the cathode terminal of the Y-axis main driver Y4. As a result, the voltage applied to the Y-axis main driver Y4 is reduced.
본 실시예에서와 같이 함으로써, 도 9a 내지 9c에 나타낸 바와 같은 직교성이 보장된 이미지를 얻을 수 있다.By carrying out as in the present embodiment, orthogonality as shown in Figs. 9A to 9C can be obtained.
(제 2 실시예)(Second embodiment)
도 5a 및 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 로컬 피드백부의 개략적인 회로도이고, 도5a는 X축 로컬 피드백부의 개략적인 회로도, 도 5b는 Y축 로컬 피드백부의 개략적인 회로도이다. 도 5a 및 5b에 있어서, 제 1 실시예의 도 3a 및 3b와 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.5A and 5B are schematic circuit diagrams of a local feedback unit of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5A is a schematic circuit diagram of an X-axis local feedback unit, and FIG. 5B is a schematic diagram of a Y-axis local feedback unit. It is a circuit diagram. In Figs. 5A and 5B, the same components as those in Figs. 3A and 3B of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
도 5a에서, 도면 부호(80)는 X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)의 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 차분 신호(전압)를 X축 주구동부(Y2)의 음극단에 인가하는 X축 로컬 피드백부이다.In FIG. 5A, reference numeral 80 compares the difference in the movement distances of the movable stages (see FIGS. 1A and 1B; 9) by the X-axis main driver Y2 and the X-axis sub-drive unit Y1, and this difference An X-axis local feedback unit for applying a difference signal (voltage) corresponding to the negative end of the X-axis main driver Y2.
또한, 도 5b에서 도면 부호(80')는 Y축 주구동부(Y4)와 Y축 부구동부(Y3)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 차분 신호를 Y축 주구동부(Y4)의 음극단에 인가하는 Y축 로컬 피드백부이다.In addition, in FIG. 5B, the reference numeral 80 'compares the difference between the moving distances of the movable stage 9 by the Y-axis main driver Y4 and the Y-axis sub-drive unit Y3, and the difference signal corresponding to this difference. Is a Y-axis local feedback unit for applying to the cathode end of the Y-axis main drive unit Y4.
우선, 도 5a에 있어서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)로부터 생성된 제어 신호(V1)를 증폭기(U1)을 이용하여 증폭시킨 후, X축 부구동부(Y1)과 X축 주구동부(Y2)에 인가한다. 여기서, 증폭기(U1)는 고전압 증폭기(Highvoltage amplifier)로 제어 신호(V1)을 100V 전압으로 증폭한다.First, in FIG. 5A, the control signal V1 generated from the scan master unit (not shown) is amplified using the amplifier U1, and then the X-axis sub-drive unit Y1 and the X-axis main drive unit Y2. To apply. Here, the amplifier U1 amplifies the control signal V1 to a voltage of 100V with a high voltage amplifier.
제어 신호(V1)에 의해 X축 부구동부(Y1)와 X축 주구동부(Y2)가 구동하여 가동 스테이지(9)를 X축으로 이동하면, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 이동 위치 검출 센서부(60)를 통해 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x1)와 X축 주구동부(Y2)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x2)를 검출한다.When the X-axis sub-drive unit Y1 and the X-axis main drive unit Y2 are driven by the control signal V1 to move the movable stage 9 to the X-axis, the scan master unit (not shown) moves. The moving position signal x1 of the movable stage 9 by the X-axis sub-drive unit Y1 and the moving position signal x2 of the movable stage 9 by the X-axis main drive unit Y2 are supplied via the unit 60. Detect.
X축 로컬 피드백부(80)는 X축 위치 차이 계산부(81)에 의해 이동 위치 신호(x1과 x2)의 차이를 계산하고, 이 차이를 X축 전달함수(82)로 원하는 차분 신호(전압)로 변형한 후, 이를 증폭시켜 X축 주구동부(Y2)에 인가한다. 여기서, 전달함수(82)는 일반적인 PID(Proportional and Integral and Derivative) 제어 방식으로 구현할 수 있다.The X-axis local feedback unit 80 calculates the difference between the movement position signals x1 and x2 by the X-axis position difference calculation unit 81, and the difference signal (voltage) desired by the X-axis transfer function 82 is calculated. ), And amplify it and apply it to the X-axis main drive unit Y2. Here, the transfer function 82 may be implemented by a general PID (Proportional and Integral and Derivative) control scheme.
따라서, X축 로컬 피드백부(80)는 상기와 같은 과정을 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 로컬 피드백시킴으로써, X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)는 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.Accordingly, the X-axis local feedback unit 80 feeds the above process locally for a predetermined condition (for example, time or frequency), whereby the X-axis main drive unit Y2 and the X-axis sub-drive unit Y1 are movable stages. (See FIGS. 1A and 1B; 9) can be moved at the same distance.
예를 들면, 구동부(21, 31 41, 51)에 100V 전압을 인가하여, 가동 스테이지(9)가 100㎛ 이동되고, 100㎛ 단위로 스캔하는 것으로 가정한다. 제어 신호(V1)를 증폭시킨 후, 100V의 전압을 X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 인가하면, X축 주구동부(Y2)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 103㎛ 이동하고, X축 부구동부(Y1)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 98㎛ 이동하게 된다.For example, it is assumed that a 100 V voltage is applied to the driving units 21, 31 41, and 51 so that the movable stage 9 is moved 100 μm and scanned in units of 100 μm. After amplifying the control signal V1, when a voltage of 100 V is applied to the X-axis main driver Y2 and the X-axis subdrive Y1, the movable stage 9 is approximately 103 by the X-axis main driver Y2. It moves by micrometer and the movable stage 9 moves about 98 micrometers by the X-axis sub-drive part Y1.
X축 로컬 피드백부(80)의 X축 위치 차이 계산부(81)는 X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 계산한다. 본 예에서는, 이동 거리의 차이는 5㎛이다.The X-axis position difference calculation unit 81 of the X-axis local feedback unit 80 calculates the difference between the moving distances of the movable stage 9 by the X-axis main drive unit Y2 and the X-axis sub-drive unit Y1. In this example, the difference in travel distance is 5 占 퐉.
X축 전달함수(82)에서는 이 5㎛에 해당되는 차분 신호(전압)를 생성하고, 증폭기(U3)를 이용하여 이 차분 신호를 증폭시킨 후, X축 주구동부(Y2)의 음극단에 인가한다.The X-axis transfer function 82 generates a differential signal (voltage) corresponding to this 5 μm, amplifies the differential signal using the amplifier U3, and applies it to the negative end of the X-axis main drive unit Y2. do.
그 후, X축 주구동부(Y2)에 의해 가동 스테이지(9)는 X축 진행방향과 반대 방향으로 3㎛ 정도 이동하여, X축 주구동부(Y2)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리는 100㎛가 되고, 상기와 같이 X축 주구동부(Y2)가 구동함으로써, X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)는 0.5㎛ 이동하게 되어, X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리는 98.5㎛가 된다.Thereafter, the movable stage 9 is moved about 3 占 퐉 in the direction opposite to the X-axis traveling direction by the X-axis main drive unit Y2, and the moving distance of the movable stage 9 by the X-axis main drive unit Y2 is 100. When the X-axis main drive unit Y2 is driven as described above, the movable stage 9 by the X-axis subdrive unit Y1 is moved to 0.5 μm, and the movable stage by the X-axis subdrive unit Y1 is moved. The moving distance of (9) is 98.5 µm.
X축 로컬 피드백부(80)는 상기와 같은 과정을 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 로컬 피드백시킴으로써, X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)는 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)를 동일한 거리(99㎛)로 이동시킨다.The X-axis local feedback unit 80 feeds the above process locally for a predetermined condition (for example, time or frequency), whereby the X-axis main drive unit Y2 and the X-axis sub-drive unit Y1 are movable stages (Fig. See 1a and 1b 9) are moved the same distance (99 μm).
따라서, 스캔 마스터부는 가동 스테이지(9)를 100㎛ 이동시키기 위해, X축 주구동부(Y2)와 X축 부구동부(Y1)에 인가되는 제어 신호(전압)를 증가시킨다. 그리고, 상기와 같이 X축 로컬 피드백부(80)를 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백시킴으로써, 가동 스테이지(9)를 100㎛ 이동시키게 된다.Therefore, the scan master unit increases the control signal (voltage) applied to the X-axis main drive unit Y2 and the X-axis subdrive unit Y1 in order to move the movable stage 9 by 100 m. As described above, the movable stage 9 is moved 100 µm by feeding back the X-axis local feedback unit 80 for a predetermined condition (for example, time or frequency).
또한, 도 5b에서도 도 5a에서 설명한 바와 같은 방식으로 하면, Y축 주구동부(Y4)와 Y축 부구동부(Y3)는 가동 스테이지(9)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.5B, the Y-axis main drive unit Y4 and the Y-axis sub-drive unit Y3 can move the movable stage 9 at the same distance.
즉, 스캔 마스터부(도시하지 않음)로부터 생성된 제어 신호(V2)를증폭기(U4)을 이용하여 증폭시킨 후, Y축 부구동부(Y3)과 Y축 주구동부(Y4)에 인가한다.That is, after amplifying the control signal V2 generated from the scan master unit (not shown) using the amplifier U4, the control signal V2 is applied to the Y-axis sub-drive unit Y3 and the Y-axis main drive unit Y4.
제어 신호(V2)에 의해 Y축 부구동부(Y3)와 Y축 주구동부(Y4)가 구동하여 가동 스테이지(9)를 Y축으로 이동시키면, 이동 위치 검출 센서부(60)는 가동 스테이지(9)의 Y축이동 위치를 검출한다.When the Y-axis sub-drive unit Y3 and the Y-axis main drive unit Y4 are driven by the control signal V2 to move the movable stage 9 to the Y axis, the movement position detection sensor unit 60 moves to the movable stage 9. ) Detects the Y-axis movement position.
스캔 마스터부(도시하지 않음)는 Y축 부구동부(Y3)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x3)와 Y축 주구동부(Y4)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x4)를 검출한다.The scan master unit (not shown) includes the movement position signal x3 of the movable stage 9 by the Y-axis sub-drive unit Y3 and the movement position signal of the movable stage 9 by the Y-axis main drive unit Y4 ( x4) is detected.
Y축 로컬 피드백부(80')는 Y축 위치 차이 계산부(81')에 의해 이동 위치 신호(x3과 x4)의 차이를 계산하고, 이 차이를 Y축 전달함수(82')로 원하는 차분 신호(전압)로 변형한 후, 이를 증폭시켜 Y축 주구동부(Y4)에 인가한다.The Y-axis local feedback unit 80 'calculates the difference between the movement position signals x3 and x4 by the Y-axis position difference calculator 81', and uses the difference as the Y-axis transfer function 82 '. After transforming into a signal (voltage), it is amplified and applied to the Y-axis main driver Y4.
따라서, Y축 로컬 피드백부(80')는 상기와 같은 과정을 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백시킴으로써, Y축 주구동부(Y4)와 X축 부구동부(Y2)는 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.Therefore, the Y-axis local feedback unit 80 'feeds back the above process for a predetermined condition (for example, time or frequency), so that the Y-axis main drive unit Y4 and the X-axis sub-drive unit Y2 are movable stages. (See FIGS. 1A and 1B; 9) can be moved at the same distance.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 로컬 피드백부의 동작을 보여주는 흐름도이고, 도 6b는 도 6a의 A 부분의 상세 흐름도이며, 도 6c는 도 6a의 B 부분의 상세 흐름도이다.FIG. 6A is a flowchart showing the operation of the local feedback unit of the XY scanner of the scanning probe microscope according to the second embodiment of the present invention, FIG. 6B is a detailed flowchart of part A of FIG. 6A, and FIG. 6C is a part of B of FIG. 6A. Detailed flowchart.
도 6에 있어서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 X축 제어 신호(V1)와 Y축 제어 신호(V2)를 생성하고(S30), 스캔 마스터가 온인지 어떤지를 식별한다(S31).In FIG. 6, the scan master unit (not shown) generates the X-axis control signal V1 and the Y-axis control signal V2 (S30), and identifies whether the scan master is on (S31).
단계 S31에서 스캔 마스터가 온이면, 도 6b의 A 부분이 실행된다. 즉, 단계 S41에서 이동 위치 검출 센서부(도 1b를 참조; 60)를 이용하여 가동 스테이지의 이동 위치를 검출하고, 단계 S42에서 검출된 이동 위치 신호를 근거하여 구동부에 인가될 제어 신호를 계산한다.If the scan master is on in step S31, part A of Fig. 6B is executed. That is, in step S41, the moving position detection sensor unit (see FIG. 1B; 60) is used to detect the moving position of the movable stage, and the control signal to be applied to the driving unit is calculated based on the moving position signal detected in step S42. .
단계 S32에서는 생성된 제어 신호를 고전압 증폭하고, 단계 S33에서 증폭된 제어 신호를 각 구동부에 인가하여 구동부가 구동하도록 한다.In step S32, the generated control signal is subjected to high voltage amplification, and the control signal amplified in step S33 is applied to each drive unit to drive the drive unit.
단계 S33에서 로컬 피드백이 온인지 어떤지를 식별하여, 로컬 피드백이 온인 경우, 도 6c의 B 부분이 실행된다. 즉, 단계 S43에서 주구동부와 부구동부에 의해 가동 스테이지가 이동한 이동 위치 신호를 검출하고, 단계 S44에서 검출된 이동 위치 신호의 차이를 계산한다. 단계 S45에서 이 이동 위치 신호의 차이에 해당되는 차분 신호(전압)를 산출하고, 단계 S46에서 산출된 차분 신호(전압)을 증폭하여 부구동부의 음극단에 인가한다.In step S33, it is identified whether local feedback is on, and if local feedback is on, part B of FIG. 6C is executed. That is, the movement position signal which the movable stage moved by the main drive part and the sub drive part is detected by step S43, and the difference of the movement position signal detected by step S44 is calculated. In step S45, the difference signal (voltage) corresponding to the difference between the movement position signals is calculated, and the difference signal (voltage) calculated in step S46 is amplified and applied to the negative end of the sub-drive section.
단계 S33에서 로컬 피드백이 오프인 경우, 부구동부의 음극단에 0V의 전압을 인가한다(S35).When the local feedback is turned off in step S33, a voltage of 0V is applied to the negative terminal of the sub-driving unit (S35).
단계 S36에서, 스캔 마스터부는 로컬 피드백부(80. 80')가 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 로컬 피드백을 하였는지 어떤지를 식별한다.In step S36, the scan master unit identifies whether the local feedback unit 80. 80 'has made local feedback for a predetermined condition (e.g., time or number of times).
단계 S36에서 일정 조건동안 로컬 피드백을 하지 않은 경우, 단계 S34로 되돌아가 로컬 피드백을 계속 행하고, 단계 S36에서 일정 조건동안 로컬 피드백을 한 경우, 단계 S37에서 스캔 마스터부는 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백을 행하였는지 어떤지를 식별한다.If the local feedback is not performed for a predetermined condition in step S36, the process returns to step S34 to continue local feedback, and if local feedback is performed for a predetermined condition in step S36, the scan master unit in step S37 provides a predetermined condition (e.g., time Or number of times).
단계 S37에서 일정 조건동안 피드백을 행하지 않은 경우, 단계 S31로 되돌아가 스캔 마스터를 계속 행하고, 단계 S37에서 일정 조건동안 피드백을 행한 경우, 단계 S38에서 스캔 마스터부는 XY 평면을 모두 스캔하였는지 어떤지를 식별한다.If no feedback is performed for a certain condition in step S37, the process returns to step S31 to continue scanning master, and if feedback is performed for a predetermined condition in step S37, the scan master unit identifies in step S38 whether all XY planes have been scanned. .
단계 S38에서 XY 평면을 모두 스캔하지 않은 경우, 단계 S39에서 스캔 마스터부는 다음 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 계산하여, 새로운 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 생성한다.If all of the XY planes have not been scanned in step S38, the scan master unit calculates the next X-axis control signal and the Y-axis control signal in step S39 to generate new X-axis control signals and Y-axis control signals.
본 실시예에서와 같이 함으로써, 도 9a 내지 9c에 나타낸 바와 같은 직교성이 보장된 이미지를 얻을 수 있다.By carrying out as in the present embodiment, orthogonality as shown in Figs. 9A to 9C can be obtained.
(제 3 실시예)(Third embodiment)
도 7a 내지 7d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 피드백부의 개략적인 회로도이고, 도 7a는 X축 부구동부의 X축 피드백부의 개략적인 회로도, 도 7b는 X축 주구동부의 X축 피드백부의 개략적인 회로도, 도 7c는 Y축 부구동부의 Y축 피드백부의 개략적인 회로도, 도 7d는 Y축 주구동부의 Y축 피드백부의 개략적인 회로도이다.7A to 7D are schematic circuit diagrams of a feedback portion of an XY scanner of a scanning probe microscope according to a third embodiment of the present invention, FIG. 7A is a schematic circuit diagram of an X-axis feedback portion of an X-axis subdrive, and FIG. A schematic circuit diagram of the eastern X-axis feedback section, FIG. 7C is a schematic circuit diagram of the Y-axis feedback section of the Y-axis sub-drive section, and FIG. 7D is a schematic circuit diagram of the Y-axis feedback section of the Y-axis main drive section.
도 7a 내지 7d에 있어서, 제 2 실시예의 도 5a 및 5b와 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.In Figs. 7A to 7D, the same components as those in Figs. 5A and 5B of the second embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
도 7a에서, 도면 부호(910)은 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)의 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 차분 신호(전압)를 X축 부구동부(Y1)의 양극단에 인가하는 X축 부구동부의 X축 피드백부이다.In FIG. 7A, reference numeral 910 compares the difference in the moving distances of the movable stage (see FIGS. 1A and 1B; 9) by the X-axis sub-drive unit Y1, and the difference signal (voltage) corresponding to this difference. Is an X-axis feedback portion of the X-axis sub-drive section for applying to the anode end of the X-axis sub-drive section Y1.
도 7b에서, 도면 부호(920)는 X축 주구동부(Y2)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 전압을 X축 주구동부(Y2)의 양극단에 인가하는 X축 주구동부의 X축 피드백부이다.In FIG. 7B, reference numeral 920 compares a difference in the moving distance of the movable stage 9 by the X-axis main driver Y2, and applies a voltage corresponding to the difference to the positive end of the X-axis main driver Y2. It is the X-axis feedback part to apply the X-axis main drive part.
도 7c에서, 도면 부호(930)는 Y축 부구동부(Y3)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 차분 신호(전압)를 Y축 부구동부(Y3)의 양극단에 인가하는 Y축 부구동부의 Y축 피드백부이다.In FIG. 7C, reference numeral 930 compares a difference in the movement distance of the movable stage 9 by the Y-axis sub-drive unit Y3, and converts a differential signal (voltage) corresponding to this difference into the Y-axis sub-drive unit Y3. Y-axis feedback part applied to the anode end of
도 7d에서, 도면 부호(940)는 Y축 주구동부(Y4)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 비교하고, 이 차이에 해당되는 차분 신호(전압)를 Y축 주구동부(Y4)의 양극단에 인가하는 Y축 주구동부의 Y축 피드백부이다.In FIG. 7D, reference numeral 940 compares a difference in the moving distance of the movable stage 9 by the Y-axis main driver Y4, and converts a differential signal (voltage) corresponding to this difference into the Y-axis main driver Y4. Is the Y-axis feedback part of the Y-axis main drive part applied to the anode end of
우선, 도 7a에 있어서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)로부터 생성된 제어 신호(V1)를 증폭기(U1)을 이용하여 증폭시킨 후, X축 부구동부(Y1)에 인가한다. 여기서, 증폭기(U1)는 고전압 증폭기(Highvoltage amplifier)로 제어 신호(V1)을 100V 전압으로 증폭한다.First, in FIG. 7A, the control signal V1 generated from the scan master unit (not shown) is amplified using the amplifier U1 and then applied to the X-axis sub-drive unit Y1. Here, the amplifier U1 amplifies the control signal V1 to a voltage of 100V with a high voltage amplifier.
제어 신호(V1)에 의해 X축 부구동부(Y1)가 가동 스테이지(9)를 X축으로 이동하면, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 이동 위치 검출 센서부(60)를 통해 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x1)를 검출한다.When the X-axis sub-drive unit Y1 moves the movable stage 9 to the X-axis by the control signal V1, the scan master unit (not shown) moves the X-axis sub-drive unit through the movement position detection sensor unit 60. The movement position signal x1 of the movable stage 9 by (Y1) is detected.
X축 피드백부(910)는 X축 위치 차이 계산부(911)에 의해 제어 신호(V1)와 이동 위치 신호(x1)의 차이를 계산하고, 이 차이를 X축 전달함수(912)로 원하는 차분 신호(전압)로 변형한 후, 이를 증폭시켜 X축 부구동부(Y1)에 인가한다. 여기서, 전달함수(82)는 일반적인 PID(Proportional Integral Derivative) 제어 방식으로 구현할 수 있다.The X-axis feedback unit 910 calculates a difference between the control signal V1 and the movement position signal x1 by the X-axis position difference calculator 911, and uses the difference as the X-axis transfer function 912 to calculate the difference. After transforming to a signal (voltage), it is amplified and applied to the X-axis subordinate driving unit Y1. Here, the transfer function 82 may be implemented by a general PID (Proportional Integral Derivative) control method.
따라서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 상기와 같은 과정을 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백됨으로써, 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.Accordingly, the scan master unit (not shown) may feed back the above process for a predetermined condition (for example, time or frequency), thereby moving the movable stage (see FIGS. 1A and 1B; 9) at the same distance. have.
예를 들면, 구동부(21, 31 및 41, 51)에 100V 전압을 인가하여, 가동 스테이지(9)가 100㎛ 이동되고, 100㎛ 단위로 스캔하는 것으로 가정한다. 제어 신호(V1)를 증폭시킨 후, 100V의 전압을 X축 부구동부(Y1)에 인가하면, X축 부구동부(Y1)에 의해 가동 스테이지(9)가 대략 98㎛ 이동하게 된다.For example, it is assumed that a 100 V voltage is applied to the driving units 21, 31, 41, and 51 so that the movable stage 9 is moved 100 μm and scanned in units of 100 μm. After amplifying the control signal V1, when a voltage of 100 V is applied to the X-axis sub-drive section Y1, the movable stage 9 is moved approximately 98 mu m by the X-axis sub-drive section Y1.
그러면, X축 피드백부(910)의 X축 위치 차이 계산부(911)는 X축 부구동부(Y1)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 거리의 차이를 계산한다. 본 예에서는, 이동 거리의 차이는 2㎛이다.Then, the X-axis position difference calculator 911 of the X-axis feedback unit 910 calculates the difference in the movement distance of the movable stage 9 by the X-axis sub-drive unit Y1. In this example, the difference in travel distance is 2 占 퐉.
X축 전달함수(912)에서는 이 2㎛에 해당되는 차분 신호(전압)를 생성하고, 증폭기(U1)를 이용하여 이 제어 신호를 증폭시킨 후, X축 부구동부(Y1)의 양극단에 인가한다.The X-axis transfer function 912 generates a differential signal (voltage) corresponding to this 2 占 퐉, amplifies the control signal using the amplifier U1, and applies it to the anode end of the X-axis sub-drive unit Y1. .
스캔 마스터부(도시하지 않음) 상기와 같은 과정을 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백됨으로써, 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)를 일정 거리(100㎛)로 이동시키게 된다.Scan master unit (not shown) The above process is fed back during a certain condition (e.g., time or number of times), thereby moving the movable stage (see FIGS. 1A and 1B; 9) at a certain distance (100 mu m). do.
또한, 도 7b에서도 도 7a에서 설명한 바와 같은 방식으로 하면, X축 주구동부(Y4)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.In addition, in FIG. 7B, the X-axis main drive unit Y4 can be moved at the same distance as described in FIG. 7A.
즉, 스캔 마스터부(도시하지 않음)로부터 생성된 제어 신호(V1)를증폭기(U2)을 이용하여 증폭시킨 후, X축 주구동부(Y2)에 인가한다. 여기서, 증폭기(U2)는 고전압 증폭기(Highvoltage amplifier)로 제어 신호(V1)을 100V 전압으로 증폭한다.That is, the control signal V1 generated from the scan master unit (not shown) is amplified using the amplifier U2 and then applied to the X-axis main driver Y2. Here, the amplifier U2 amplifies the control signal V1 to a voltage of 100V with a high voltage amplifier.
제어 신호(V1)에 의해 X축 주구동부(Y2)가 가동 스테이지(9)를 X축으로 이동시키면, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 이동 위치 검출 센서부(60)를 통해 X축 주구동부(Y2)에 의한 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호(x2)를 검출한다.When the X axis main drive unit Y2 moves the movable stage 9 to the X axis by the control signal V1, the scan master unit (not shown) causes the X axis main drive unit through the moving position detection sensor unit 60. The movement position signal x2 of the movable stage 9 by (Y2) is detected.
X축 피드백부(920)는 X축 위치 차이 계산부(921)에 의해 제어 신호(V1)와 이동 위치 신호(x2)의 차이를 계산하고, 이 차이를 X축 전달함수(922)로 원하는 차분 신호(전압)로 변형한 후, 이를 증폭시켜 X축 주구동부(Y2)에 인가한다.The X-axis feedback unit 920 calculates a difference between the control signal V1 and the movement position signal x2 by the X-axis position difference calculator 921, and the difference is desired as the X-axis transfer function 922. After transforming into a signal (voltage), it is amplified and applied to the X-axis main driver Y2.
따라서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 상기와 같은 과정을 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백됨으로써, 가동 스테이지(도 1a 및 1b를 참조; 9)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.Accordingly, the scan master unit (not shown) may feed back the above process for a predetermined condition (for example, time or frequency), thereby moving the movable stage (see FIGS. 1A and 1B; 9) at the same distance. have.
도 7c에서의 Y축 부구동부(Y3)와 도 7d에서의 Y축 주구동부(Y4)도 도 7a와 도 7b에서 설명한 바와 같이 행함으로써, 가동 스테이지(9)를 동일 거리로 이동시킬 수 있다.The movable stage 9 can be moved at the same distance by performing the Y-axis auxiliary drive unit Y3 in FIG. 7C and the Y-axis main drive unit Y4 in FIG. 7D as described with reference to FIGS. 7A and 7B.
본 실시예에서는 X축 주구동부(Y2), X축 부구동부(Y1), Y축 주구동부(Y4) 및 X축 부구동부(Y3)에 인가되는 제어 신호를 병렬적으로 제어한다.In this embodiment, control signals applied to the X-axis main driver Y2, the X-axis sub-drive unit Y1, the Y-axis main drive unit Y4, and the X-axis sub-drive unit Y3 are controlled in parallel.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주사 탐침 현미경의 XY 스캐너의 피드백부의 동작을 보여주는 흐름도이다.8 is a flowchart showing the operation of the feedback unit of the XY scanner of the scanning probe microscope according to the third embodiment of the present invention.
도 8에 있어서, 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 X축 제어 신호(V1)와 Y축제어 신호(V2)를 생성하고(S50), 스캔 마스터가 온인지 어떤지를 식별한다(S51).In Fig. 8, the scan master unit (not shown) generates the X-axis control signal V1 and the Y-axis control signal V2 (S50), and identifies whether the scan master is on (S51).
단계 S31에서 스캔 마스터가 온이면, 단계 S52에서 스캔 마스터부(도시하지 않음)는 가동 스테이지(9)의 이동 위치 신호를 검출하고, 단계 S53에서 생성된 제어 신호와 가동 스테이지의 이동 위치 신호의 차이를 계산한다.If the scan master is on in step S31, the scan master unit (not shown) detects the moving position signal of the movable stage 9 in step S52, and the difference between the control signal generated in step S53 and the moving position signal of the movable stage Calculate
단계 S54에서, 스캔 마스터부는 제어 신호와 가동 스테이지의 이동 위치 신호의 차이에 해당되는 차분 신호(전압)을 산출하여, 증폭기를 이용하여 고전압 증폭시킨다(S55).In step S54, the scan master unit calculates a difference signal (voltage) corresponding to the difference between the control signal and the moving position signal of the movable stage, and amplifies the high voltage using an amplifier (S55).
단계 S31에서 스캔 마스터가 오프이면, 단계 S50에서 생성된 제어 신호를 고전압 증폭시킨다(단계 S55).If the scan master is off in step S31, the control signal generated in step S50 is amplified high voltage (step S55).
단계 S56에서, 증폭된 차분 신호(전압)를 각 구동부에 인가한다.In step S56, the amplified difference signal (voltage) is applied to each drive unit.
단계 S57에서, 스캔 마스터부는 일정 조건(예를 들어, 시간 또는 회수) 동안 피드백을 행하였는지 어떤지를 식별하여, 일정 조건동안 피드백을 행하지 않은 경우, 단계 S51로 되돌아간다.In step S57, the scan master unit identifies whether or not feedback has been performed for a predetermined condition (e.g., time or number of times), and returns to step S51 when no feedback is performed for a certain condition.
단계 S57에서 일정 조건동안 피드백을 행한 경우, 단계 S58에서 스캔 마스터부는 XY 평면을 모두 스캔하였는지 어떤지를 식별한다.When the feedback is performed for a predetermined condition in step S57, the scan master unit identifies whether all of the XY planes have been scanned in step S58.
단계 S58에서 XY 평면을 모두 스캔하지 않은 경우, 단계 S59에서 스캔 마스터부는 다음 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 계산하여 새로운 X축 제어 신호와 Y축 제어 신호를 생성한다.If all of the XY planes are not scanned in step S58, the scan master unit calculates the next X-axis control signal and the Y-axis control signal in step S59 to generate new X-axis control signals and Y-axis control signals.
본 실시예에서와 같이 함으로써, 도 9a 내지 9c에 나타낸 바와 같은 직교성이 보장된 이미지를 얻을 수 있다.By carrying out as in the present embodiment, orthogonality as shown in Figs. 9A to 9C can be obtained.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 동일 축에 평행하게 설치된, 전압 거리 특성이 상이한 2개의 구동부에 상이한 전압을 인가하여 동일축에 설치된 2개의 구동부에 의해 가동 스테이지가 동일한 거리로 이동되도록 함으로써, 스캐너 움직임에 회전과 같은 기생 운동을 제거할 수 있고, SPM을 사용해서 실리콘 웨이퍼와 같이 큰 시료의 모든 위치에서 직교성이 보장이 되는 이미지를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, a scanner is provided by applying different voltages to two driving units having different voltage distance characteristics arranged in parallel on the same axis so that the movable stages are moved at the same distance by two driving units arranged on the same axis. Parasitic motion, such as rotation, can be eliminated, and SPM can be used to obtain orthogonal images at all locations on large samples such as silicon wafers.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 나타내고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been described and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains have various changes without departing from the spirit of the technical idea of the present invention described in the claims below. Could be done.
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