JPH09218369A - Scanner system - Google Patents
Scanner systemInfo
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- JPH09218369A JPH09218369A JP2534696A JP2534696A JPH09218369A JP H09218369 A JPH09218369 A JP H09218369A JP 2534696 A JP2534696 A JP 2534696A JP 2534696 A JP2534696 A JP 2534696A JP H09218369 A JPH09218369 A JP H09218369A
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- scanner
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- diffracted light
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は、例えば
走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡等の走査型プロ
ーブ顕微鏡に組み込まれるスキャナシステムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanner system incorporated in a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope or an atomic force microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、試料に対する高精度な測定が行わ
れるように、走査型プローブ顕微鏡には、種々のスキャ
ナシステムが適用されている。このスキャナシステムの
一例としては、図5(D)に示すように、試料(図示し
ない)を載置可能なステージ2を所定方向に所定量だけ
移動させるチューブ型圧電体4と、このチューブ型圧電
体4の裏面に取り付けられた反射鏡6とを備えたスキャ
ナシステムが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, various scanner systems have been applied to a scanning probe microscope so that highly accurate measurement can be performed on a sample. As an example of this scanner system, as shown in FIG. 5D, a tube-type piezoelectric body 4 that moves a stage 2 on which a sample (not shown) can be mounted in a predetermined direction by a predetermined amount, and the tube-type piezoelectric body 4. There is known a scanner system including a reflecting mirror 6 attached to the back surface of the body 4.
【0003】このようなスキャナシステムにおいて、ビ
ームスプリッタ8からλ/4板10を介して反射鏡6に
照射された平行光束は、この反射鏡6から反射した後、
λ/4板10及びビームスプリッタ8を介して集光レン
ズ12に導光され、この集光レンズ12によって例えば
4分割フォトダイオード14(以下、4PDという)に
集光されるように構成されている。このとき、チューブ
型圧電体4を変位させると、4PD14上のスポット位
置が変化する。4PD14は、スポット位置に対応した
電気信号を出力するように構成されているため、スポッ
ト位置の変化に対応して、4PD14からの信号出力P
(図5(C)参照)が変化する。そこで、かかる信号出
力Pの変化を検出することによって、チューブ型圧電体
4のスキャナ変位F(図5(C)参照)が検出されるこ
とになる。In such a scanner system, the parallel light flux emitted from the beam splitter 8 to the reflecting mirror 6 via the λ / 4 plate 10 is reflected from the reflecting mirror 6 and then
The light is guided to the condenser lens 12 via the λ / 4 plate 10 and the beam splitter 8, and is condensed by, for example, a four-division photodiode 14 (hereinafter, referred to as 4PD). . At this time, when the tube-type piezoelectric body 4 is displaced, the spot position on the 4PD 14 changes. Since the 4PD 14 is configured to output an electric signal corresponding to the spot position, the signal output P from the 4PD 14 corresponds to the change in the spot position.
(See FIG. 5C) changes. Therefore, by detecting the change in the signal output P, the scanner displacement F (see FIG. 5C) of the tube-shaped piezoelectric body 4 is detected.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図5(C)
に示すように、上記スキャナ変位Fと信号出力Pとの間
には、以下のような関係があることが知られている。ま
ず、図5(A),(C),(D)に示すように、集光レ
ンズ12の焦点位置に4PD14を位置付けた場合、こ
の4PD14の4つの受光領域14a,14bに形成さ
れるスポットSは、その径が極めて小さくなる。この状
態でチューブ型圧電体4を変位させた場合、4PD14
の中心に対してスポットSは、相対的に大きくずれるこ
とになるため、信号出力Pは大きく変化する。この結
果、スキャナ変位Fの検出感度は大きくなる。By the way, FIG. 5 (C)
It is known that there is the following relationship between the scanner displacement F and the signal output P as shown in FIG. First, as shown in FIGS. 5A, 5C, and 5D, when the 4PD 14 is positioned at the focal position of the condenser lens 12, the spots S formed in the four light receiving regions 14a and 14b of the 4PD 14 are positioned. Has a very small diameter. When the tube-type piezoelectric body 4 is displaced in this state, 4PD14
Since the spot S is relatively deviated from the center of, the signal output P changes greatly. As a result, the detection sensitivity of the scanner displacement F increases.
【0005】これに対して、スポットSが微少量dだけ
移動しただけで、例えば4PD14の図5(A)中向っ
て左側の2つの受光領域14aからスポットSが外れて
しまうため、スキャナ変位Fの測定範囲、即ち最大信号
許容レベルD(ダイナミックレンジ)は、極めて限定さ
れてしまうことになる(図5(C)の特性曲線P1参
照)。On the other hand, since the spot S is displaced from the two light receiving regions 14a on the left side of the 4PD 14 in FIG. The measurement range, that is, the maximum signal allowable level D (dynamic range) is extremely limited (see the characteristic curve P1 in FIG. 5C).
【0006】また、図5(B),(C),(D)に示す
ように、集光レンズ12の非焦点位置に4PD14を位
置付けた場合、この4PD14の4つの受光領域14
a,14bに形成されるスポットSは、その径が比較的
大きくなる。この状態でチューブ型圧電体4を変位させ
た場合、4PD14の中心に対してスポットSは相対的
に大きくずれることはないため、信号出力Pはあまり変
化しない。この結果、スキャナ変位Fの検出感度は小さ
くなる。Further, as shown in FIGS. 5B, 5C and 5D, when the 4PD 14 is positioned at the non-focus position of the condenser lens 12, the four light receiving regions 14 of the 4PD 14 are placed.
The spots S formed on a and 14b have a relatively large diameter. When the tube-type piezoelectric body 4 is displaced in this state, the signal output P does not change so much because the spot S is not relatively displaced from the center of the 4PD 14. As a result, the detection sensitivity of the scanner displacement F becomes small.
【0007】これに対して、スポットSがある程度(例
えば、上記微少量d)移動しても、4PD14の4つの
受光領域14a,14bからスポットSが外れることは
ないため、スキャナ変位Fの測定範囲、即ち最大信号許
容レベルD(ダイナミックレンジ)は、ある程度広がる
ことになる(図2(C)の特性曲線P2参照)。On the other hand, even if the spot S moves to some extent (for example, the minute amount d), the spot S does not deviate from the four light receiving regions 14a and 14b of the 4PD 14, and therefore the measurement range of the scanner displacement F is measured. That is, the maximum signal allowable level D (dynamic range) is expanded to some extent (see the characteristic curve P2 in FIG. 2C).
【0008】このように、従来のスキャナシステムで
は、スポットSの径の大きさに対応して検出感度とダイ
ナミックレンジとの間に相反の関係が存在している。こ
のため、高い検出感度を維持しつつ、ダイナミックレン
ジDの広いスキャナシステムの開発が望まれている。本
発明は、かかる要望に答えるために成されており、その
目的は、所望の測定データを高感度に得ることが可能な
スキャナシステムを提供することにある。As described above, in the conventional scanner system, there is a reciprocal relationship between the detection sensitivity and the dynamic range corresponding to the size of the diameter of the spot S. Therefore, it is desired to develop a scanner system having a wide dynamic range D while maintaining high detection sensitivity. The present invention has been made to meet such a demand, and an object thereof is to provide a scanner system capable of obtaining desired measurement data with high sensitivity.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のスキャナシステムは、変位部を所望
方向へ所望量だけ変位可能に構成されたスキャナと、こ
のスキャナの変位部に向けて光を照射する光源と、前記
スキャナの変位部に設けられ且つ前記光源からの光が照
射された際に回折光を発生させる回折手段と、この回折
手段から発生した回折光のうち、0次回折光以外の所定
の回折光を取り込む取込光学素子と、この取込光学素子
によって取り込まれた回折光に所定の光学処理を施し
て、位相の異なる干渉光を形成する干渉光学系とを少な
くとも備えており、この干渉光学系によって形成された
干渉光の光量変化に基づいて、前記スキャナの変位部の
変位状態を検出することによって、所望の測定データを
高感度に得ることができるように構成されている。In order to achieve such an object, a scanner system according to the present invention includes a scanner configured to be capable of displacing a displacement portion in a desired direction by a desired amount and a displacement portion of the scanner. Of the diffracted light generated by this diffracting means, a light source that irradiates light toward the light source At least an capturing optical element that captures a predetermined diffracted light other than the secondary diffracted light and an interference optical system that forms a predetermined phase of interference light on the diffracted light captured by the capturing optical element are formed. It is possible to obtain desired measurement data with high sensitivity by detecting the displacement state of the displacement portion of the scanner based on the change in the amount of interference light formed by this interference optical system. And it is configured to kill.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
に係るスキャナシステムについて、図1及び図2を参照
して説明する。図1及び図2に示すように、本実施の形
態のスキャナシステムは、変位部16aを所望方向へ所
望量だけ変位可能に構成されたスキャナ即ちチューブ型
圧電体16と、このチューブ型圧電体16の変位部16
aに向けて光を照射する光源即ち半導体レーザ18と、
チューブ型圧電体16の変位部16aに設けられ且つ半
導体レーザ18からのレーザー光が照射された際に回折
光を発生させる回折手段即ち反射型スケール20と、こ
の反射型スケール20から発生した回折光のうち、0次
回折光以外の所定の回折光を取り込む取込光学素子即ち
第1ないし第4の取込ミラー22x,24x,26y,
28yと、これら第1ないし第4の取込ミラー22x,
24x,26y,28yによって取り込まれた回折光に
所定の光学処理を施して、位相の異なる干渉光を形成す
る干渉光学系30と、この干渉光学系30によって形成
された干渉光の光量変化に基づいて、チューブ型圧電体
16の変位部16aの変位状態を検出する検出手段32
と、この検出手段32によって検出された変位状態に基
づいて、チューブ型圧電体16を所望の変位状態にフィ
ードバック制御する制御手段34とを備えている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A scanner system according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the scanner system according to the present embodiment is a scanner or a tube-type piezoelectric body 16 configured to be able to displace the displacement portion 16 a in a desired direction by a desired amount, and the tube-type piezoelectric body 16. Displacement part 16
a light source that emits light toward a, that is, a semiconductor laser 18,
Diffraction means or reflection type scale 20 provided on the displacement portion 16a of the tube-type piezoelectric body 16 and generating diffracted light when irradiated with laser light from the semiconductor laser 18, and diffracted light generated from this reflection type scale 20. Of the first to fourth capturing mirrors 22x, 24x, 26y, which capture the predetermined diffracted light other than the 0th-order diffracted light.
28y and the first to fourth capturing mirrors 22x,
Based on the interference optical system 30 that forms interference light having different phases by performing predetermined optical processing on the diffracted light captured by 24x, 26y, and 28y, and based on the change in the amount of interference light formed by the interference optical system 30. Detecting means 32 for detecting the displacement state of the displacement portion 16a of the tube-type piezoelectric body 16.
And a control means 34 for feedback-controlling the tube-shaped piezoelectric body 16 to a desired displacement state based on the displacement state detected by the detection means 32.
【0011】本実施の形態において、チューブ型圧電体
16の変位部16aには、試料(図示しない)を載置可
能なステージ36が取り付けられており、反射型スケー
ル20は、ステージ36の裏面に取り付けられている。In the present embodiment, a stage 36 on which a sample (not shown) can be placed is attached to the displacement portion 16a of the tube-type piezoelectric body 16, and the reflective scale 20 is mounted on the back surface of the stage 36. It is installed.
【0012】反射型スケール20は、2次元方向(図中
矢印XY方向)に形成された回折格子20aを備えてお
り、この反射型スケール20にレーザー光が照射された
際に回折光が発生するように構成されている。The reflective scale 20 is provided with a diffraction grating 20a formed in a two-dimensional direction (arrow XY direction in the figure), and when the reflective scale 20 is irradiated with laser light, diffracted light is generated. Is configured.
【0013】第1ないし第4の取込ミラー22x,24
x,26y,28yは、反射型スケール20から発生し
た回折光のうち、0次回折光以外の所定の回折光を干渉
光学系30方向へ反射させることができるように、チュ
ーブ型圧電体16以外の部位に位置決めされている。具
体的には、本実施の形態に適用された第1ないし第4の
取込ミラー22x,24x,26y,28yは、±1次
回折光を常時干渉光学系30方向へ反射させることがで
きる位置に設置されている。First through fourth capture mirrors 22x, 24
x, 26 y, and 28 y are other than the tube-type piezoelectric body 16 so that a predetermined diffracted light other than the 0th-order diffracted light in the diffracted light generated from the reflective scale 20 can be reflected toward the interference optical system 30. It is located at the site. Specifically, the first to fourth capturing mirrors 22x, 24x, 26y, 28y applied to the present embodiment are placed at positions where the ± first-order diffracted light can be constantly reflected in the interference optical system 30 direction. is set up.
【0014】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。半導体レーザ18から出射したレーザー光は、コリ
メートレンズ38によって平行光束に規制された後、λ
/4板40を介して円偏光に変換された状態で反射ミラ
ー42に照射され、この反射ミラー42によって反射型
スケール20に照射される。Next, the operation of this embodiment will be described. The laser light emitted from the semiconductor laser 18 is regulated into a parallel light flux by the collimator lens 38, and then λ
The reflection mirror 42 is irradiated with the circularly polarized light through the / 4 plate 40, and the reflection scale 20 is irradiated with the reflection mirror 42.
【0015】このとき反射型スケール20から発生した
回折光のうち、図中矢印X方向に発生している±1次回
折光は、第1及び第2の取込ミラー22x,24xによ
って、そして、図中矢印Y方向に発生している±1次回
折光は、第3及び第4の取込ミラー26y,28yによ
って、夫々、干渉光学系30方向へ反射される。なお、
本実施の形態では、その一例として、第1の取込ミラー
22xによって+1次回折光が、そして、第2の取込ミ
ラー24xによって−1次回折光が、干渉光学系30方
向へ反射され、また、第3の取込ミラー26yによって
+1次回折光が、そして、第4の取込ミラー28yによ
って−1次回折光が、干渉光学系30方向へ反射される
ものとする。Of the diffracted light generated from the reflection type scale 20 at this time, the ± first-order diffracted light generated in the direction of the arrow X in the figure is reflected by the first and second taking-in mirrors 22x and 24x, and The ± first-order diffracted lights generated in the direction of the middle arrow Y are reflected in the direction of the interference optical system 30 by the third and fourth capturing mirrors 26y and 28y, respectively. In addition,
In the present embodiment, as an example, the + 1st-order diffracted light is reflected by the first capture mirror 22x, and the -1st-order diffracted light is reflected by the second capture mirror 24x toward the interference optical system 30. It is assumed that the + 1st-order diffracted light is reflected by the third capturing mirror 26y and the -1st-order diffracted light is reflected by the fourth capturing mirror 28y toward the interference optical system 30.
【0016】干渉光学系30において、第1及び第2の
取込ミラー22x,24xから反射した±1次回折光
は、第1及び第2の偏光板44x,46xによって特定
の偏光成分のみが選択された後、第1及び第2の干渉用
ミラー48x,50xによってx方向ハーフミラー52
xに照射される。また、第3及び第4の取込ミラー26
y,28yから反射した±1次回折光は、第3及び第4
の偏光板54y,56yによって特定の偏光成分のみが
選択された後、第3及び第4の干渉用ミラー58y,6
0yによってy方向ハーフミラー62yに照射される。In the interference optical system 30, the ± 1st-order diffracted light reflected from the first and second taking-in mirrors 22x and 24x is selected by the first and second polarizing plates 44x and 46x only for a specific polarization component. After that, the first and second interference mirrors 48x and 50x are used to form the x-direction half mirror 52.
x is irradiated. Also, the third and fourth capture mirrors 26
The ± 1st-order diffracted lights reflected from y and 28y are the third and fourth
After only the specific polarization component is selected by the polarizing plates 54y and 56y of the third, the third and fourth interference mirrors 58y and 6y.
The y direction half mirror 62y is irradiated with 0y.
【0017】このとき、x方向ハーフミラー52xから
は、互いに位相が90°相違した2つの干渉光が射出さ
れ、これら2つの干渉光は、夫々対応する第1及び第2
のフォトディテクタ64x,66xによってX方向電気
信号に変換された後、プリアンプ68を介して検出手段
32に出力される。一方、y方向ハーフミラー62yか
らも互いに位相が90°相違した2つの干渉光が射出さ
れ、これら2つの干渉光は、夫々対応する第3及び第4
のフォトディテクタ70y,72yによってY方向電気
信号に変換された後、プリアンプ68を介して検出手段
32に出力される。At this time, two interference lights having phases different from each other by 90 ° are emitted from the x-direction half mirror 52x, and these two interference lights respectively correspond to the first and second corresponding lights.
After being converted into an X-direction electric signal by the photo detectors 64x and 66x, it is output to the detecting means 32 through the preamplifier 68. On the other hand, two interference lights having a phase difference of 90 ° from each other are emitted from the y-direction half mirror 62y, and these two interference lights correspond to the corresponding third and fourth beams, respectively.
After being converted into a Y-direction electric signal by the photo detectors 70y and 72y of FIG.
【0018】検出手段32において、X方向用分割回路
74は、X方向電気信号を所望の分解能に分割してX方
向性を弁別する。次に、このX方向弁別データに基づい
て、X方向用カウンタ76は、X方向変位量(即ち、反
射型スケール20のX方向移動量)を計数する。一方、
Y方向用分割回路78は、Y方向電気信号を所望の分解
能に分割してY方向性を弁別する。次に、このY方向弁
別データに基づいて、Y方向用カウンタ80は、Y方向
変位量(即ち、反射型スケール20のY方向移動量)を
計数する。In the detecting means 32, the X-direction dividing circuit 74 divides the X-direction electric signal into a desired resolution to discriminate the X-direction. Next, the X-direction counter 76 counts the X-direction displacement amount (that is, the X-direction movement amount of the reflective scale 20) based on the X-direction discrimination data. on the other hand,
The Y direction division circuit 78 divides the Y direction electric signal into a desired resolution to discriminate the Y directionality. Next, the Y-direction counter 80 counts the Y-direction displacement amount (that is, the Y-direction movement amount of the reflective scale 20) based on the Y-direction discrimination data.
【0019】このとき、X方向用及びY方向用カウンタ
76,80によって計数されたX方向及びY方向計数デ
ータ(即ち、反射型スケール20のX方向及びY方向移
動量に対応したX方向及びY方向計数データ)は、制御
手段34に出力される。At this time, the X-direction and Y-direction count data counted by the X-direction and Y-direction counters 76 and 80 (that is, the X-direction and Y-direction corresponding to the X-direction and Y-direction movement amount of the reflective scale 20). The direction count data) is output to the control means 34.
【0020】制御手段34に設けられたスキャナコント
ローラ82は、X方向用波形発生器84及びY方向用波
形発生器86からの基準波形信号に基づいて、スキャナ
ドライバ88を制御することによって、チューブ型圧電
体16をXY方向に変位させる。この結果、検出手段3
2から出力されるX方向及びY方向計数データは、反射
型スケール20のX方向及びY方向移動量に対応して変
化する。The scanner controller 82 provided in the control means 34 controls the scanner driver 88 based on the reference waveform signals from the X-direction waveform generator 84 and the Y-direction waveform generator 86, so that the tube type The piezoelectric body 16 is displaced in the XY directions. As a result, the detection means 3
The X-direction and Y-direction count data output from 2 changes according to the X-direction and Y-direction movement amounts of the reflective scale 20.
【0021】この場合、検出手段32によって計数され
た反射型スケール20のX方向及びY方向移動量即ちチ
ューブ型圧電体16の変位量が、チューブ型圧電体16
のヒステリシスやクリープ等によって所望の値からずれ
ている場合(偏差が生じている場合)、スキャナコント
ローラ82に設けられている非直線性補正部90は、か
かる偏差を算出して、この偏差を補償即ち無くすように
(チューブ型圧電体16の変位量が所望の値となるよう
に)、スキャナドライバ88を制御する。In this case, the movement amount of the reflection type scale 20 in the X and Y directions counted by the detecting means 32, that is, the displacement amount of the tube type piezoelectric body 16 is determined by the tube type piezoelectric body 16.
When there is a deviation from the desired value due to the hysteresis, creep, or the like (when a deviation occurs), the non-linearity correction unit 90 provided in the scanner controller 82 calculates the deviation and compensates for the deviation. That is, the scanner driver 88 is controlled so as to be eliminated (so that the displacement amount of the tube-shaped piezoelectric body 16 becomes a desired value).
【0022】この結果、チューブ型圧電体16が所望の
変位量に制御されるため、ステージ36を所定量だけ所
定方向に精度良く移動させることが可能となる。本実施
の形態によれば、反射型スケール20からの±1回折光
の光学的特性の変化に基づいてチューブ型圧電体16を
フィードバック制御することによって、ヒステリシスや
クリープの影響を受けること無くチューブ型圧電体16
を変位制御することができるため、所望の測定データを
高感度に得ることが可能なスキャナシステムを提供する
ことができる。As a result, since the tube-shaped piezoelectric body 16 is controlled to a desired displacement amount, it becomes possible to move the stage 36 by a predetermined amount in a predetermined direction with high accuracy. According to the present embodiment, the tube-type piezoelectric body 16 is feedback-controlled based on the change in the optical characteristics of the ± 1 diffracted light from the reflective scale 20, so that the tube-type piezoelectric body 16 is not affected by hysteresis and creep. Piezoelectric 16
Since the displacement can be controlled, it is possible to provide a scanner system capable of obtaining desired measurement data with high sensitivity.
【0023】次に、本発明の第2の実施の形態に係るス
キャナシステムについて、図3を参照して説明する。な
お、本実施の形態の説明に際し、第1の実施の形態と同
一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略す
る。Next, a scanner system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of the present embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0024】図3に示すように、本実施の形態のスキャ
ナシステムは、ステージ36に載置されたサンプル92
の所望位置のサンプルデータを検出可能なセンサ94
と、前記検出手段32から出力されたX方向及びY方向
計数データに基づいて、予め設定した位置のサンプルデ
ータを取り込んでモニタ96上に表示させるサンプル表
示手段とを備えており、ステージ36に載置されたサン
プル92の所望位置の測定データを高感度に得ることが
できるように構成されている。As shown in FIG. 3, the scanner system according to the present embodiment includes a sample 92 mounted on the stage 36.
Sensor 94 capable of detecting sample data at a desired position of
And sample display means for taking in sample data at a preset position and displaying it on the monitor 96 based on the X-direction and Y-direction count data output from the detection means 32. The measurement data of a desired position of the placed sample 92 can be obtained with high sensitivity.
【0025】また、サンプル表示手段に設けられた制御
回路98には、測定範囲毎及び測定点毎に、反射型スケ
ール20のX方向及びY方向移動量(以下、設定値とい
う)がXY座標(図示しない)上に予め設定されてい
る。Further, in the control circuit 98 provided in the sample display means, the amount of movement of the reflective scale 20 in the X and Y directions (hereinafter, referred to as a set value) is measured on the XY coordinates (for each measurement range and each measurement point). (Not shown) is preset.
【0026】測定時において、検出手段32からのX方
向及びY方向計数データ(即ち、反射型スケール20の
実際のX方向及びY方向移動量)と上記設定値に基づい
て、制御回路98から測定タイミング信号がA/D変換
器100に出力される。At the time of measurement, measurement is performed by the control circuit 98 based on the X-direction and Y-direction count data (that is, the actual X-direction and Y-direction movement amount of the reflective scale 20) from the detecting means 32 and the set value. The timing signal is output to the A / D converter 100.
【0027】このとき、A/D変換器100は、測定タ
イミング信号に基づいて、センサ94から出力されるセ
ンサ信号(サンプル像に対応した信号)を順次デジタル
変換して、制御回路98に設定されているXY座標上に
取り込む。At this time, the A / D converter 100 sequentially digital-converts the sensor signal (the signal corresponding to the sample image) output from the sensor 94 based on the measurement timing signal, and is set in the control circuit 98. Captured on the XY coordinates.
【0028】制御回路98は、A/D変換器100によ
ってXY座標上に取り込まれたデジタル信号に所定の画
像処理を施して、モニタ96上にサンプル92のサンプ
ル像を表示させる。The control circuit 98 subjects the digital signal taken in on the XY coordinates by the A / D converter 100 to predetermined image processing to display a sample image of the sample 92 on the monitor 96.
【0029】このように本実施の形態によれば、反射型
スケール20の実際のX方向及びY方向移動量(サンプ
ル92の全測定範囲の絶対移動量)に基づいて、サンプ
ル92の測定タイミングを制御しているため、ヒステリ
シスやクリープの影響を受けること無く所望の測定デー
タを高感度に得ることが可能なスキャナシステムを提供
することができる。As described above, according to the present embodiment, the measurement timing of the sample 92 is determined based on the actual movement amounts of the reflective scale 20 in the X and Y directions (absolute movement amount of the entire measurement range of the sample 92). Since it is controlled, it is possible to provide a scanner system capable of obtaining desired measurement data with high sensitivity without being affected by hysteresis or creep.
【0030】更に、本実施の形態によれば、第1の実施
の形態に適用した制御手段34が不要になるため、簡単
な構成で所望位置の測定データを高感度に得ることが可
能となる。Further, according to the present embodiment, the control means 34 applied to the first embodiment is unnecessary, so that the measurement data at the desired position can be obtained with high sensitivity with a simple structure. .
【0031】次に、本発明の第3の実施の形態に係るス
キャナシステムについて、図4を参照して説明する。な
お、本実施の形態の説明に際し、上述した各実施の形態
と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を省略
する。Next, a scanner system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of this embodiment, the same components as those in the above-described embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【0032】図4に示すように、本実施の形態のスキャ
ナシステムは、測定範囲及び測定ポイント数に基づいて
規定されたX方向及びY方向測定距離データを出力可能
な制御回路102と、X方向及びY方向測定距離データ
に基づいて、光検出手段即ち第1〜第4のフォトディテ
クタ64x,66x,70y,72yから出力された各
電気信号に所定の演算を施すことによって、X方向及び
Y方向測定タイミング信号を出力する測定タイミング信
号発生回路104と、X方向及びY方向測定タイミング
信号に基づいて、センサ94から出力されるセンサ信号
(サンプル像に対応した信号)を順次デジタル変換して
制御回路102に取り込むA/D変換器106とを備え
ている。As shown in FIG. 4, the scanner system according to the present embodiment has a control circuit 102 capable of outputting measured distance data in the X and Y directions defined based on the measurement range and the number of measurement points, and the X direction. And the X-direction and Y-direction measurement by performing a predetermined calculation on each electric signal output from the photodetector means, that is, the first to fourth photodetectors 64x, 66x, 70y, 72y based on the Y-direction measurement distance data. A measurement timing signal generation circuit 104 that outputs a timing signal, and a control circuit 102 that sequentially digital-converts a sensor signal (a signal corresponding to a sample image) output from the sensor 94 based on the X-direction and Y-direction measurement timing signals. And an A / D converter 106 to be loaded into.
【0033】また、測定タイミング信号発生回路104
には、X方向用分割回路74によってX方向性が弁別さ
れた電気信号及び制御回路102から出力されたX方向
測定距離データに基づいて、X方向測定タイミング信号
を制御回路102及びA/D変換器106に出力するX
方向用少ビットカウンタ108と、Y方向用分割回路7
8によってY方向性が弁別された電気信号及び制御回路
102から出力されたY方向測定距離データに基づい
て、Y方向測定タイミング信号を制御回路102及びA
/D変換器106に出力するY方向用少ビットカウンタ
110とが設けられている。Further, the measurement timing signal generation circuit 104
Based on the electric signal whose X directionality is discriminated by the X direction division circuit 74 and the X direction measurement distance data output from the control circuit 102, the X direction measurement timing signal is converted into the control circuit 102 and A / D converted. X output to the container 106
Direction small bit counter 108 and Y direction division circuit 7
Based on the electric signal whose Y direction is discriminated by 8 and the Y direction measurement distance data output from the control circuit 102, the Y direction measurement timing signal is output to the control circuits 102 and A.
A Y direction small bit counter 110 for outputting to the / D converter 106 is provided.
【0034】以下、本実施の形態の特徴部分の動作につ
いて説明する。上記各実施の形態と同様に、第1及び第
2のフォトディテクタ64x,66xからプリアンプ6
8を介して測定タイミング信号発生回路104にX方向
電気信号が出力された際、X方向用分割回路74は、X
方向電気信号を所望の分解能に分割してX方向性を弁別
する。次に、このX方向弁別データに基づいて、X方向
用少ビットカウンタ108は、X方向変位量(即ち、反
射型スケール20のX方向移動量)を計数すると共に、
このX方向変位量と制御回路102からのX方向測定距
離データとに基づいて、X方向測定タイミング信号を生
成する。一方、第3及び第4のフォトディテクタ70
y,72yからプリアンプ68を介して測定タイミング
信号発生回路104にY方向電気信号が出力された際、
Y方向用分割回路78は、Y方向電気信号を所望の分解
能に分割してY方向性を弁別する。次に、このY方向弁
別データに基づいて、Y方向用少ビットカウンタ110
は、Y方向変位量(即ち、反射型スケール20のY方向
移動量)を計数すると共に、このY方向変位量と制御回
路102からのY方向測定距離データとに基づいて、Y
方向測定タイミング信号を生成する。The operation of the characteristic part of this embodiment will be described below. Similar to each of the above embodiments, the first and second photodetectors 64x and 66x are connected to the preamplifier 6
When an electric signal in the X direction is output to the measurement timing signal generating circuit 104 via 8, the dividing circuit for the X direction 74
The directional electric signal is divided into desired resolutions to discriminate X directionality. Next, based on this X-direction discrimination data, the X-direction small bit counter 108 counts the X-direction displacement amount (that is, the X-direction movement amount of the reflective scale 20), and
An X-direction measurement timing signal is generated based on the X-direction displacement amount and the X-direction measurement distance data from the control circuit 102. On the other hand, the third and fourth photo detectors 70
When an electric signal in the Y direction is output from y, 72y to the measurement timing signal generation circuit 104 via the preamplifier 68,
The Y-direction dividing circuit 78 divides the Y-direction electric signal into a desired resolution to discriminate the Y-direction. Next, based on this Y-direction discrimination data, the Y-direction small bit counter 110
Counts the Y-direction displacement amount (that is, the Y-direction movement amount of the reflective scale 20), and based on this Y-direction displacement amount and the Y-direction measured distance data from the control circuit 102, Y
Generate a direction measurement timing signal.
【0035】このとき生成されたX方向及びY方向測定
タイミング信号は、制御回路102及びA/D変換器1
06に出力される。制御回路102は、X方向及びY方
向測定タイミング信号に基づいて、XY座標を設定する
と共に、X方向及びY方向用少ビットカウンタ108,
110を初期化する。The X-direction and Y-direction measurement timing signals generated at this time are supplied to the control circuit 102 and the A / D converter 1.
06 is output. The control circuit 102 sets the XY coordinates on the basis of the X-direction and Y-direction measurement timing signals, and also sets the X-direction and Y-direction small bit counters 108,
Initialize 110.
【0036】A/D変換器106は、X方向及びY方向
測定タイミング信号に基づいて、センサ94から出力さ
れるセンサ信号を順次デジタル変換して、制御回路10
2に設定されているXY座標上に取り込む。The A / D converter 106 sequentially digital-converts the sensor signal output from the sensor 94 based on the X-direction and Y-direction measurement timing signals, and the control circuit 10
It is taken in on the XY coordinate set to 2.
【0037】制御回路102は、A/D変換器106に
よってXY座標上に取り込まれたデジタル信号に所定の
画像処理を施して、モニタ96上にサンプル92のサン
プル像を表示させる。The control circuit 102 subjects the digital signal captured on the XY coordinates by the A / D converter 106 to predetermined image processing, and displays a sample image of the sample 92 on the monitor 96.
【0038】このように本実施の形態によれば、上記第
2の実施の形態のようにサンプル92の全測定範囲の絶
対移動量に基づいてサンプル92の測定タイミングを制
御するのではなく、反射型スケール20(ステージ3
6)が所望の測定距離だけ移動する毎に、即ち測定点間
の相対移動量に基づいて、測定タイミングを制御してい
るため、X方向及びY方向測定タイミング信号を生成す
るための総カウント数(即ち、X方向及びY方向用少ビ
ットカウンタ108,110の計数データ)を減少させ
ることが可能となる。この結果、ヒステリシスやクリー
プの影響を受けること無く所望の測定データを高感度に
得ることが可能であって、且つ、低価格なX方向及びY
方向用少ビットカウンタ108,110を備えたスキャ
ナシステムを提供することができる。As described above, according to the present embodiment, the measurement timing of the sample 92 is not controlled based on the absolute movement amount of the entire measurement range of the sample 92 as in the second embodiment, but the reflection is performed. Mold scale 20 (Stage 3
6) controls the measurement timing each time it moves by the desired measurement distance, that is, based on the relative movement amount between the measurement points, and therefore the total number of counts for generating the X-direction and Y-direction measurement timing signals. (That is, the count data of the X-direction and Y-direction small bit counters 108 and 110) can be reduced. As a result, desired measurement data can be obtained with high sensitivity without being affected by hysteresis and creep, and the X direction and Y are inexpensive.
It is possible to provide a scanner system including the small bit counters 108 and 110 for directions.
【0039】例えば、絶対移動量をA、X方向用及びY
方向用分割回路74,78の分解能をB、測定ポイント
数をCとすると、上記第2の実施の形態の総カウント数
Mは、M=A/B 本実施の形態の総カウント数Nは、N=A/B/C=M
/Cとなる。具体的には、測定ポイント数Cを256と
すると8ビット、或いは、1024とすると10ビット
分だけX方向及びY方向用少ビットカウンタ108,1
10のビット数を減少させることができる。For example, the absolute movement amount is for A, X direction and Y
Assuming that the resolution of the direction division circuits 74 and 78 is B and the number of measurement points is C, the total count number M of the second embodiment is M = A / B, and the total count number N of the present embodiment is N = A / B / C = M
/ C. Specifically, if the number of measurement points C is 256, it is 8 bits, or if it is 1024, only 10 bits are used for the X direction and Y direction small bit counters 108, 1.
The number of bits of 10 can be reduced.
【0040】更に、上記第2の実施の形態では、測定範
囲毎及び測定点毎に、反射型スケール20の全てのX方
向及びY方向移動量と共にXY座標を設定して記憶して
おく必要があるため、大きなメモリ容量が必要となる
が、本実施の形態では、X方向及びY方向測定タイミン
グ信号に基づいて、XY座標を設定すると共に、X方向
及びY方向用少ビットカウンタ108,110を初期化
している。このため、メモリ容量を大幅に減少させるこ
とが可能となる。Further, in the second embodiment, it is necessary to set and store the XY coordinates together with all the movement amounts of the reflective scale 20 in the X and Y directions for each measurement range and each measurement point. Therefore, a large memory capacity is required, but in the present embodiment, the XY coordinates are set based on the X-direction and Y-direction measurement timing signals, and the small bit counters 108 and 110 for the X and Y directions are set. Initializing. Therefore, the memory capacity can be significantly reduced.
【0041】なお、本発明は、上述した各実施の形態に
限定されることはなく、新規事項を追加しない範囲で種
々変更することが可能である。例えば、反射型スケール
をステージに別途取り付ける代わりに、ステージの裏面
に回折格子を形成しても、各実施の形態と同様の作用効
果を奏する。The present invention is not limited to the above-mentioned respective embodiments, and can be variously modified without adding new matter. For example, instead of separately attaching the reflective scale to the stage, even if a diffraction grating is formed on the back surface of the stage, the same operation and effect as in the respective embodiments can be obtained.
【0042】[0042]
【発明の効果】本発明によれば、所望の測定データを高
感度に得ることが可能なスキャナシステムを提供するこ
とが可能である。According to the present invention, it is possible to provide a scanner system capable of obtaining desired measurement data with high sensitivity.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るスキャナシス
テムに設けられたチューブ型圧電体の周辺の構成を示す
斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a peripheral configuration of a tube-type piezoelectric body provided in a scanner system according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るスキャナシス
テムの全体の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of a scanner system according to the first embodiment of the invention.
【図3】本発明の第2の実施の形態に係るスキャナシス
テムの全体の構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a scanner system according to a second embodiment of the invention.
【図4】本発明の第3の実施の形態に係るスキャナシス
テムの全体の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a scanner system according to a third embodiment of the invention.
【図5】(A)は、スキャナ変位の検出感度特性を示す
図、(B)は、焦点位置に位置付けられた4分割フォト
ダイオードとスポットの位置関係を示す図、(C)は、
非焦点位置に位置付けられた4分割フォトダイオードと
スポットの位置関係を示す図、(D)は、従来のスキャ
ナシステムの構成を示す図。5A is a diagram showing a detection sensitivity characteristic of a scanner displacement, FIG. 5B is a diagram showing a positional relationship between a four-division photodiode positioned at a focal position and a spot, and FIG.
FIG. 3D is a diagram showing a positional relationship between a four-divided photodiode positioned at a non-focus position and a spot, and FIG.
16 チューブ型圧電体 16a 変位部 18 半導体レーザ 20 反射型スケール 22x 第1の取込ミラー 24x 第2の取込ミラー 26y 第3の取込ミラー 28y 第4の取込ミラー 30 干渉光学系 16 Tube-type piezoelectric body 16a Displacement part 18 Semiconductor laser 20 Reflective scale 22x First capturing mirror 24x Second capturing mirror 26y Third capturing mirror 28y Fourth capturing mirror 30 Interference optical system
Claims (3)
に構成されたスキャナと、 このスキャナの変位部に向けて光を照射する光源と、 前記スキャナの変位部に設けられ且つ前記光源からの光
が照射された際に回折光を発生させる回折手段と、 この回折手段から発生した回折光のうち、0次回折光以
外の所定の回折光を取り込む取込光学素子と、 この取込光学素子によって取り込まれた回折光に所定の
光学処理を施して、位相の異なる干渉光を形成する干渉
光学系と、 この干渉光学系によって形成された干渉光の光量変化に
基づいて、前記スキャナの変位部の変位状態を検出する
検出手段と、 この検出手段によって検出された変位状態に基づいて、
前記スキャナを所望の変位状態にフィードバック制御す
る制御手段とを備えていることを特徴とするスキャナシ
ステム。1. A scanner configured to displace a displacement portion in a desired direction by a desired amount, a light source for irradiating light toward the displacement portion of the scanner, and a scanner provided on the displacement portion of the scanner and from the light source. Diffracting means for generating diffracted light when the above-mentioned light is irradiated, a capturing optical element for capturing a predetermined diffracted light other than the zero-order diffracted light among the diffracted light generated by the diffracting means, and this capturing optical element The diffracted light captured by the interferometer is subjected to predetermined optical processing to form interference light having different phases, and the displacement unit of the scanner is based on the change in the amount of the interference light formed by the interference optical system. Detecting means for detecting the displacement state of, and based on the displacement state detected by this detecting means,
A scanner system comprising: a control unit that feedback-controls the scanner to a desired displacement state.
向へ所望量だけ変位可能に構成されたスキャナと、 このスキャナの変位部に向けて光を照射する光源と、 前記スキャナの変位部に設けられ且つ前記光源からの光
が照射された際に回折光を発生させる回折手段と、 この回折手段から発生した回折光のうち、0次回折光以
外の所定の回折光を取り込む取込光学素子と、 この取込光学素子によって取り込まれた回折光に所定の
光学処理を施して、位相の異なる干渉光を形成する干渉
光学系と、 この干渉光学系によって形成された干渉光の光量変化に
基づいて、前記スキャナの変位部の変位状態を検出する
検出手段と、 前記サンプルの所望位置のサンプルデータを検出可能な
センサと、 前記検出手段によって検出された変位状態に基づいて、
予め設定した位置の前記サンプルデータを取り込んでモ
ニタ表示させるサンプル表示手段とを備えていることを
特徴とするスキャナシステム。2. A scanner configured so that a displacement part capable of setting a sample can be displaced in a desired direction by a desired amount, a light source for irradiating light toward the displacement part of the scanner, and a displacement part of the scanner. A diffracting means for generating diffracted light when irradiated with light from the light source, and a taking-in optical element for taking in predetermined diffracted light other than the 0th-order diffracted light among the diffracted light generated by the diffracting means, Based on the interference optical system that performs predetermined optical processing on the diffracted light captured by this capturing optical element to form interference light with different phases, and the change in the amount of interference light formed by this interference optical system, Based on the displacement state detected by the detection unit that detects the displacement state of the displacement unit of the scanner, the sensor that can detect the sample data of the desired position of the sample, and the detection unit.
A scanner system comprising: sample display means for taking in the sample data at a preset position and displaying it on a monitor.
向へ所望量だけ変位可能に構成されたスキャナと、 このスキャナの変位部に向けて光を照射する光源と、 前記スキャナの変位部に設けられ且つ前記光源からの光
が照射された際に回折光を発生させる回折手段と、 この回折手段から発生した回折光のうち、0次回折光以
外の所定の回折光を取り込む取込光学素子と、 この取込光学素子によって取り込まれた回折光に所定の
光学処理を施して、位相の異なる干渉光を形成する干渉
光学系と、 この干渉光学系によって形成された干渉光の光量変化に
基づいて、所定の電気信号を出力する光検出手段と、 前記サンプルの所望位置のサンプルデータを検出可能な
センサと、 測定範囲及び測定ポイント数に基づいて規定された測定
距離データを出力可能な制御回路と、 前記測定距離データに基づいて、前記光検出手段から出
力された各電気信号に所定の演算を施すことによって、
測定タイミング信号を出力する測定タイミング信号発生
回路と、 前記測定タイミング信号に基づいて、前記サンプルデー
タをデジタル信号に変換して前記制御回路に出力するA
/D変換器とを備えていることを特徴とするスキャナシ
ステム。3. A scanner configured to displace a displacement portion capable of setting a sample in a desired direction by a desired amount, a light source for irradiating the displacement portion of the scanner with light, and a displacement portion of the scanner. A diffracting means for generating diffracted light when irradiated with light from the light source, and a taking-in optical element for taking in predetermined diffracted light other than the 0th-order diffracted light among the diffracted light generated by the diffracting means, Based on the interference optical system that performs predetermined optical processing on the diffracted light captured by this capturing optical element to form interference light with different phases, and the change in the amount of interference light formed by this interference optical system, A photodetector that outputs a predetermined electric signal, a sensor that can detect sample data at a desired position of the sample, and measurement distance data defined based on the measurement range and the number of measurement points. A force capable of control circuit, on the basis of the measured distance data, by performing a predetermined operation on each electric signal output from said light detecting means,
A measurement timing signal generating circuit for outputting a measurement timing signal, and A for converting the sample data into a digital signal based on the measurement timing signal and outputting the digital signal to the control circuit.
A scanner system comprising a / D converter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2534696A JPH09218369A (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Scanner system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2534696A JPH09218369A (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Scanner system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09218369A true JPH09218369A (en) | 1997-08-19 |
Family
ID=12163329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2534696A Withdrawn JPH09218369A (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Scanner system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09218369A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001296229A (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-26 | Hitachi Ltd | Scanning probe microscope |
-
1996
- 1996-02-13 JP JP2534696A patent/JPH09218369A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001296229A (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-26 | Hitachi Ltd | Scanning probe microscope |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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