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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Rastersondenmikroskop mit einer
Feinbewegungsmechanismuseinheit, die sich dafür eignet, durch Bewegen eines
Abschnitts, der einen Ausleger bzw. Cantilever enthält, an einer
großen
Probe Messungen durchzuführen,
wenn die Probe beobachtet wird, wobei in dem Rastersondenmikroskop
ein zu vermessender Ort durch ein Lichtmikroskop oder ein Elektronenmikroskop
oder dergleichen vorher beobachtet werden kann und der Ort durch
Erfassen der Biegeverformung (Biegung) des Auslegers mittels eines
optischen Erfassungssystems vermessen wird.
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BESCHREIBUNG
DER ZU GRUNDE LIEGENDEN TECHNIK
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Als
Literatur über
das herkömmliche
Rastersondenmikroskop (SPM: scanning probe microscope (engl.)) kann
beispielsweise "Evaluation
on electronic and magnetic materials by using STM/AFM/MFM and its
applications", Journal
Bd. 16, Nr. 3, 1992 (S. 511), der Application Magnetism Society
of Japan sowie "Force
microscope of optical lever system with AFM and MFM functions", Aufsatz (S. 277)
in: Autumn Academic Lecture Meeting of Precision Technology Society,
1992, angeführt
werden. Wie in den Arbeiten beschrieben ist, bezeichnet "SPM" als allgemeiner Ausdruck
ein Raster-Tunnelmikroskop (STM), ein Raster-Kraftmikroskop (AFM),
ein Raster-Magnetkraftmikroskop
(MFM) und dergleichen. Das SPM wird betrieben, um Informationen über eine
Oberflächenstruktur
oder eine Streumagnetfeldverteilung einer Probe zu erhalten, indem
von einem Tunnelstrom, einer atomaren Kraft und einer Druckkraft
(im Folgenden werden diese mit dem allgemeinen Ausdruck "Wechselwirkungskraft" bezeichnet), die
erzeugt werden, wenn sich die Festkörper-Sondenspitze der Probe sehr weit nähert oder
diese berührt,
Gebrauch gemacht wird. Die Auflösung
des SPM ist um eine oder zwei Größenordnungen
besser als jene der Mikroskope mit einem optischen Linsensystem.
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Bei
dem oben erwähnten
SPM ist die Sondenspitze so angeordnet, dass sie auf die Probe gerichtet
ist, wenn eine Messung durchgeführt
wird. Die Formen der Probenspitze sind mannigfaltig, wobei in Erwiderung
auf mit dem SPM zu vermessende Objekte eine einem Stab oder einem
Pfahl, einem Kegel, einem Prisma oder einem Schnabel ähnliche Form
verwendet wird.
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Ferner
gibt es, als ein konkretes Beispiel für das SPM, ein Raster-Kraftmikroskop
vom Sondenspitzenbewegungstyp, das so beschaffen ist, dass der Teil,
der einen Ausleger mit der Sondenspitze aufweist, bewegt werden
kann, wenn die Probe mittels der Sondenspitze vermessen wird. Als
Literatur über
das Raster-Kraftmikroskop vom Sondenspitzenbewegungstyp kann beispielsweise
JP-A-682 249 sowie JP-A-8 278 317 angeführt werden.
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Das
in JP-A-682 249 beschriebene Raster-Kraftmikroskop hat einen solchen
Aufbau, dass der Teil, der ein Federelement (dem Ausleger bzw. Cantilever äquivalent)
mit einer detektierenden Spitze (der Sondenspitze äquivalent)
an seinem spitz zulaufenden Ende und ein auf das Federelement bezogenes
optisches Erfassungssystem enthält,
mittels eines Feinbewegungsmechanismus beweglich ist, während der
Teil, der die Probe aufnimmt, stillsteht. Diese Konfiguration ermöglicht,
mit dem Raster-Kraftmikroskop eine große Probe oder eine schwere
Probe zu vermessen.
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Das
in JP-A-8-278 317 beschriebene Raster-Kraftmikroskop ist mit zwei
Stäben
aus geschichteten piezoelektrischen Elementen ausgestattet, wobei
die beiden Stäbe
in einer X-Achsenrichtung bzw. einer Y-Achsenrichtung so angeordnet
sind, dass ihre spitzen Enden in Verbindung kommen, und mit einem
Ausleger mit einer Sondenspitze, der mittels eines in Richtung der
Z-Achse wirkenden Aktuatorelements an dem verbundenen Teil der beiden
spitzen Enden angebracht ist. Ferner besitzt dieses Raster-Kraftmikroskop
ein optisches Erfassungssystem, in dem unter Verwendung von Lichtweganpassungselementen
Lichtwege so ausgebildet sind, dass die Biegeverformung (Biegung)
des Auslegers selbst dann optisch sicher erfasst werden kann, wenn
sich die Position der Sondenspitze in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung
auf Grund der Ausdehnung und Kontraktion der entsprechenden Stäbe aus piezoelektrischen
Elementen für
die Richtung der X-Achse
und der Y-Achse ändert.
Außerdem
ist über dem
Ausleger ein Freiraum ausgebildet, damit das optische Erfassungssystem
an einer wahlfreien Position in dem oberen Bereich über dem
Ausleger platziert werden kann. Gemäß dem Aufbau trifft ein Lichtstrahl
von einer Lichtquelle, selbst wenn die Sondenspitze in Bezug auf
die Probe relativ bewegt wird, immer am selben Ort an der Rückseite
des Auslegers auf und trifft des Weiteren, nach der Reflexion an
der Rückseite
des Auslegers, dieselbe Stelle auf einer Licht empfangenden Oberfläche eines
Licht empfangenden Elements.
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Das
erste oben erwähnte,
herkömmliche Raster-Kraftmikroskop
ist in der Lage, an einer großen
Probe Messungen auszuführen,
indem der Teil, der die Sondenspitze enthält, mittels des Feinbewegungsmechanismus
bewegt wird. Jedoch weist der Aufbau des ersten herkömmlichen
Mikroskops das Problem auf, dass ein Lichtmikroskop, das zur Beobachtung
der Stelle, an der zu messen ist, gebraucht wird, nicht hinzugefügt werden
kann, da die Elemente, die das optische Erfassungssystem bilden, über dem
Ausleger angeordnet sind. Andererseits weist das zweite herkömmliche
Raster-Kraftmikroskop das obige Problem nicht auf. Da das piezoelektrische
Aktuatorelement, das für
die X-Richtung benutzt wird (einem X-Feinbewegungsmechanismus entsprechend),
und das piezoelektrische Aktuatorelement, das für die Y-Richtung benutzt wird
(einem Y-Feinbewegungsmechanismus entsprechend), an dem Aufbau des
Mikroskops über
ein Blockelement und ein Drehgelenkelement befestigt sind, tritt
jedoch, wenn ein Abtasten in einem rechtwinkligen XY-Koordinatensystem
erfolgt, ein Störeffekt
zwischen X- und Y-Bewegung
auf, weshalb ein anderes Problem besteht, dass nämlich keine unabhängigen,
präzisen Bewegungen
in jeder Richtung, der X-Richtung und der Y-Richtung, erzeugt werden können.
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EP-A-0
499 149 offenbart eine Feinbewegungsmechanismuseinheit mit:
einem
Unterstützungselement;
einem
X-Feinbewegungsmechanismus mit einem ortsfesten Abschnitt, der an
dem Unterstützungselement
befestigt ist, wenigstens zwei Paaren von Parallelplatten-Biegungsabschnitten,
die zwischen dem ortsfesten Abschnitt angeordnet sind, einem X-Bewegungsabschnitt,
der in X-Richtung beweglich ist und über jedes der zwei Paare Parallelplatten-Biegungsabschnitte
mit dem festen Abschnitt verbunden ist, und zwei piezoelektrischen
X-Richtungsaktuatoren, die den X-Bewegungsabschnitt dazu veranlassen,
sich relativ zu dem festen Abschnitt zu bewegen, wobei jeder der
piezoelektrischen X-Richtungsaktuatoren zwischen zwei parallelen
Platten in jedem der zwei Paare von Parallelplatten-Biegungsabschnitten angeordnet
ist;
einem Y-Feinbewegungsmechanismus, der an dem X-Bewegungsabschnitt
angeordnet ist, mit wenigstens zwei weiteren Paaren von Parallelplatten-Biegungsabschnitten,
wovon zwei parallele Platten in jedem Paar in der zu der X-Richtung
senkrechten Y-Richtung angeordnet sind, einem Y-Bewegungsabschnitt,
der in Y-Richtung
beweglich ist und über
die zwei weiteren Paare Parallelplatten-Biegungsabschnitte mit dem
X-Bewegungsabschnitt verbunden ist, und zwei piezoelektrischen Y-Richtungsaktuatoren,
die den Y-Bewegungsabschnitt dazu veranlassen, sich relativ zu dem
X-Bewegungsabschnitt zu bewegen, wobei jeder der piezoelektrischen
Y-Richtungsaktuatoren zwischen zwei parallelen Platten in jedem der
zwei anderen Paare von Parallelplatten-Biegungsabschnitten angeordnet
ist; und
einem Z-Feinbewegungsmechanismus, der an dem ortsfesten
Abschnitt angeordnet ist, mit einem Z-Bewegungsabschnitt, der in
einer Z-Richtung, die sowohl zu der X-Richtung als auch zu der Y-Richtung senkrecht
ist, beweglich ist, und einem piezoelektrischen Z-Richtungsaktuator,
der den Z-Bewegungsabschnitt zu einer Bewegung veranlasst.
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Die
Feinbewegungsmechanismuseinheit, die in dem Rastersondenmikroskop
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, ist wie folgt aufgebaut:
Die Feinbewegungsmechanismuseinheit
ist aufgebaut aus einem Unterstützungselement;
einem X-Feinbewegungsmechanismus mit zwei festen Abschnitten, die
an dem Unterstützungselement
befestigt sind, wenigstens zwei Paaren von Parallelplatten-Biegungsabschnitten,
die zwischen den zwei festen Abschnitten angeordnet sind, einem
X-Bewegungsabschnitt, der in der X-Richtung beweglich ist und mit
jedem der zwei festen Abschnitte über jedes der zwei Paare von
Parallelplatten-Biegungsabschnitten verbunden ist, und zwei piezoelektrischen X-Richtungsaktuatoren,
die den X-Bewegungsabschnitt dazu veranlassen, sich relativ zu den
festen Abschnitten zu bewegen, wobei jeder der zwei piezoelektrischen
X-Richtungsaktuatoren
zwischen zwei parallelen Platten in jedem der zwei Paare von Parallelplatten-Biegungsabschnitten
angeordnet ist; einem Y-Feinbewegungsmechanismus, der an dem X-Bewegungsabschnitt
angeordnet ist, mit wenigstens zwei anderen Paaren von Parallelplatten-Biegungsabschnitten,
wovon zwei parallele Platten in jedem Paar in der zu der X-Richtung
senkrechten Y-Richtung angeordnet sind, einem Y-Bewegungsabschnitt,
der in der Y-Richtung beweglich ist und mit dem X-Bewegungsabschnitt über die
zwei anderen Paare von Parallelplatten-Biegungsabschnitten verbunden ist, und
zwei piezoelektrischen Y-Richtungsaktuatoren,
die den Y-Bewegungsabschnitt dazu veranlassen, sich relativ zu dem
X-Bewegungsabschnitt zu bewegen, wobei jeder der zwei piezoelektrischen Y-Richtungsaktuatoren
zwischen den zwei parallelen Platten in jedem der zwei anderen Paare
von Parallelplatten-Biegungsabschnitten angeordnet ist; und einem
Z-Feinbewegungsmechanismus, der an dem Y-Bewegungsabschnitt angeordnet
ist, mit einem Z-Bewegungsabschnitt, der in der Z-Richtung beweglich
ist, die sowohl zu der X- als auch zu der Y-Richtung senkrecht ist,
und einem piezoelektrischen Z-Richtungsaktuator,
der den Z-Bewegungsabschnitt dazu veranlasst, sich zu bewegen.
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Gemäß diesem
Aufbau kann ein weiter Raum in dem Bereich, der der Probe gegenüberliegt, sichergestellt
werden, und die großen
Proben können
problemlos gemessen werden. Da der Feinbewegungsmechanismus in den
X-Feinbewegungsmechanismus und den Y-Feinbewegungsmechanismus unterteilt
ist, so dass sich Bewegungen in X-Richtung und Y-Richtung unabhängig voneinander
ausführen lassen,
können
außerdem
die Beanspruchung des Feinbewegungsmechanismus, der wirksam wird,
um der Oberflächengestalt
der Probe zu folgen, und das Bewegungsverhalten der Abtastung in
X- und Y-Richtung verbessert werden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Rastersondenmikroskop
zu schaffen, das so konfiguriert ist, dass die Biegeverformung des
Auslegers mittels eines optischen Erfassungssystems erfasst wird,
das einen Lichtstrahl mittels der oben erwähnten Feinbewegungsmechanismuseinheit
dazu veranlassen kann, selbst dann am selben Ort an der Rückseite
des Auslegers aufzutreffen, wenn sich der Ausleger in irgendeine
Richtung der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse frei bewegt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein komplexes Rastersondenmikroskop
zu schaffen, das in der Lage ist, ein auf einen Punkt zulaufendes
Ende einer Sondenspitze mittels eines weiteren Lichtmikroskops oder
dergleichen zu beobachten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Rastersondenmikroskop gemäß der vorliegenden
Erfindung ist wie im Anspruch 1 definiert aufgebaut.
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Das
Rastersondenmikroskop ist versehen mit einem Ausleger, der an seinem
Ende eine Sondenspitze besitzt, einem X-Feinbewegungsmechanismus,
um den Ausleger und die Sondenspitze in der X-Richtung zu bewegen,
wenn eine Messung durchgeführt
wird, einem Y-Feinbewegungsmechanismus, um den Ausleger in der zu
der X-Richtung senkrechten Y-Richtung zu bewegen, einem Z-Feinbewegungsmechanismus,
um den Ausleger in der Z-Richtung senkrecht sowohl zur X- als auch zur Y-Richtung
anzunähern
oder zu entfernen, einem Unterstützungselement
zur Unterstützung
jedes der X-, Y-, Z-Feinbewegungsmechanismen und einer optischen
Erfassungseinheit zur Erfassung eines Biegeverformungsbetrags (Biegung)
des Auslegers, wenn er sich auf Grund einer Änderung der Wechselwirkungskraft
zwischen der Sondenspitze und einer Probe biegt. Für die X-,
Y- und Z-Feinbewegungsmechanismen
wird die oben erwähnte
Feinbewegungsmechanis museinheit verwendet. Wenn die Messung durchgeführt wird,
ist die Sondenspitze auf die Probe auf einem Probenstand gerichtet,
wobei ein im Voraus festgelegter Trennabstand dazwischen besteht, und
die optische Erfassungseinheit enthält eine Lichtquelle und einen
Photodetektor, wobei sie ferner so beschaffen ist, dass ein Lichtstrahl,
der von der Lichtquelle ausgesendet wird, auf Grund der Reflexion
an der Rückseite
des Auslegers in den Photodetektor gelangt. Der Ausleger, der erste
reflektierende Abschnitt, der den Lichtstrahl von der Lichtquelle
reflektiert und ihn zur Rückseite
des Auslegers leitet, und der zweite reflektierende Abschnitt, der
den Lichtstrahl von der Rückseite
des Auslegers reflektiert und zu dem Photodetektor leitet, sind
an dem Z-Feinbewegungsmechanismus befestigt. Bei der Messung wird,
wenn der Biegeverformungsbetrag des Auslegers in einem regulären Bereich
gehalten wird, wenn sich die Sondenspitze bewegt, der Lichtstrahl
zu einem völlig
gleichen Ort an der Rückseite des
Auslegers und ferner zu einem völlig
gleichen Punkt auf dem Photodetektor geleitet.
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Gemäß dem oben
angegebenen Rastersondenmikroskop wird, wenn die optische Erfassungseinheit
den oben angegebenen Aufbau besitzt, selbst dann, wenn sich der
Ausleger mit hoher Empfindlichkeit in irgendeiner Richtung, der
X-, Y-, oder der Z-Richtung, bewegt, die relative räumliche
Beziehung zwischen jeder der Komponenten der optischen Erfassungseinheit
und der reflektierenden Fläche
an der Rückseite
des Auslegers nicht verändert,
und deshalb ist der Fleck des auffallenden Lichts an der Rückseite
des Auslegers regulär.
Wenn beispielsweise der Z-Feinbewegungsmechanismus
so wirksam wird, dass eine Feinbewegung in Z-Richtung ausgeführt wird, bleibt, obwohl sich
der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem ersten reflektierenden
Abschnitt sowie der Abstand zwischen dem Photodetektor und dem zweiten
reflektierenden Abschnitt ändert,
die Position des auf den Ausleger auftreffenden Lichtstrahls unverändert, da
der Einfallswinkel im ersten reflektierenden Abschnitt unveränderlich
ist und ferner, solange die Biegeverformung des Auslegers konstant
ist, sich der Auftreffpunkt an der Licht empfangenden Oberfläche des
Photodetektors an derselben Position befindet. Dies trifft in völlig gleicher
Weise auch auf die Feinbewegung in X- und Y-Richtung zu. Dementsprechend
kann, wenn sich die Sondenspitze mit hoher Empfindlichkeit in Richtung
der drei Achsen X, Y, Z bewegt, die sich in Bezug auf die Probe
unter rechten Winkeln schneiden, ein Fleck auffallenden Lichts an
dem Ausleger und ein Fleck einfallenden Lichts auf der Licht empfangenden
Oberfläche
des Photodetektors unter der Bedingung, dass der Betrag der Biegung
des Auslegers immer denselben Wert hat, in einem regulären Bereich
gehalten werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops ist in der oben angegebenen Konfiguration
so beschaffen, dass die optische Erfassungseinheit einen dritten
reflektierenden Abschnitt aufweist, um den von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahl
in der Bewegungsrichtung des Y-Feinbewegungsmechanismus in die Bewegungsrichtung des
Z-Feinbewegungsmechanismus zu reflektieren und ihn ferner zu dem
ersten reflektierenden Abschnitt zu führen, und einen vierten reflektierenden Abschnitt
aufweist, um den Lichtstrahl von dem zweiten reflektierenden Abschnitt
in die Bewegungsrichtung des Y-Feinbewegungsmechanismus zu reflektieren,
damit er in den Photodetektor eintritt, der an dem Y-Bewegungsabschnitt
angeordnet ist. Der dritte und der vierte Reflexionsabschnitt sind
an dem Y-Bewegungsabschnitt des Y-Feinbewegungsmechanismus befestigt.
Dadurch kann, auch wenn sich die Sondenspitze mit hoher Empfindlichkeit
in Richtung der drei Achsen X, Y, Z bewegt, die sich in Bezug auf
die Probe unter rechten Winkeln schneiden, ein Fleck auffallenden
Lichts an dem Ausleger und ein Fleck einfallenden Lichts auf der
Licht empfangenden Oberfläche
des Photodetektors unter der Bedingung, dass der Betrag der Biegung
des Auslegers denselben Wert hat, in einem regulären Bereich gehalten werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops ist in der oben angegebenen Konfiguration
so beschaffen, dass die Lichtquelle und der Photodetektor der optischen
Erfassungseinheit statt an dem Y-Bewegungsabschnitt des Y-Feinbewegungsmechanismus
an dem X-Bewegungsabschnitt des X-Feinbewegungsmechanismus befestigt sind,
wobei das Licht von der Lichtquelle in der Bewegungsrichtung des
Y-Feinbewegungsmechanismus ausgesendet und zu dem dritten reflektierenden
Abschnitt geführt
wird und das von dem vierten reflektierenden Abschnitt reflektierte
Licht auf den Photodetektor in der Bewegungsrichtung des Y-Feinbewegungsmechanismus
auftrifft.
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Dementsprechend
kann, auch wenn sich die Sondenspitze mit hoher Empfindlichkeit
in Richtung der drei Achsen X, Y, Z bewegt, die sich in Bezug auf die
Probe unter rechten Winkeln schneiden, ein Fleck auffallenden Lichts
an dem Ausleger und ein Fleck einfallenden Lichts auf der Licht
empfangenden Oberfläche
des Photodetektors unter der Bedingung, dass der Betrag der Biegung
des Auslegers denselben Wert hat, in einem regulären Bereich gehalten werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops ist in jeder der oben angegebenen Konfigurationen
vorzugsweise so beschaffen, dass der X-, der Y- und der Z-Feinbewegungsmechanismus
jeweils Öffnungen
besitzen, die einen in Z- Richtung
verlaufenden Raum bilden und verwendet werden, um eine weitere Beobachtungseinheit von
einer oberen Position aus anzuordnen. Deshalb kann der Raum, der
für das
Anordnen einer weiteren Beobachtungseinheit benutzt wird, leicht
sichergestellt werden, wodurch der Teil, an dem Messungen auszuführen sind,
einschließlich
der Sondenspitze und dergleichen, in dem Rastersondenmikroskop weitgehend
beobachtet werden kann.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops in der oben angegebenen Konfiguration
ist so beschaffen, dass das Unterstützungselement für die Unterstützung der
Feinbewegungsmechanismen und ein Unterstützungsrahmen für die Unterstützung der
Beobachtungseinheit, wie etwa ein Lichtmikroskop, an einer Unterstützungsbasis
befestigt sind, wobei eine objektseitige Linse des Lichtmikroskops
und dergleichen, das an dem Rahmen befestigt ist, in dem durch die Öffnungen
der Feinbewegungsmechanismen gebildeten Raum angeordnet ist. Deshalb
kann der Teil, der den Ausleger enthält, weitgehend mittels des
Lichtmikroskops gemessen werden, und die großen Proben können problemlos
gemessen werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Längsschnittansicht
der ersten Ausführungsform
der Feinbewegungsmechanismuseinheit, die bei der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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2 ist
eine Unteransicht der in 1 gezeigten Feinbewegungsmechanismuseinheit
bei Betrachtung von der Unterseite;
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3 ist
eine Unteransicht der in 2 gezeigten Feinbewegungsmechanismuseinheit
mit einem Steuersystem;
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4 ist
eine Unteransicht eines abgewandelten Beispiels der Feinbewegungsmechanismuseinheit
der ersten Ausführungsform;
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5 ist
eine Längsschnittansicht
der zweiten Ausführungsform
der Feinbewegungsmechanismuseinheit, die bei der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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6 ist
eine Unteransicht der in 5 gezeigten Feinbewegungsmechanismuseinheit
bei Betrachtung von der Unterseite;
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7 ist
eine Längsschnittansicht
der ersten Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Unterseitenansicht, teilweise im Schnitt längs der Linie C-C in 7;
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9 ist
eine Längsschnittansicht
der in 7 gezeigten ersten Ausführungsform mit einem Abschnitt
einer elektrischen Schaltung für
ein optisches Erfassungssystem und ein Steuersystem;
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10 ist
eine Längsschnittansicht
der zweiten Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, die einen Hauptabschnitt
des optischen Erfassungssystems in der zweiten Ausführungsform zeigt;
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12 ist
eine Unterseitenansicht, teilweise im Schnitt längs der Linie D-D in 10;
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13 ist
eine Unterseitenansicht, teilweise im Schnitt, die die dritte Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei
sie 12 entspricht;
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14 ist
eine Ansicht, die die vierte Ausführungsform des Rastersondenmikroskops
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei Hauptabschnitte in einer
Schnittansicht gezeigt sind;
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15 ist
eine Seitenansicht bei Betrachtung der in 14 gezeigten
vierten Ausführungsform
von der rechten Seite, wobei Teile als Schnittansicht bei einem
Schnitt in X-Richtung gezeigt sind.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
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Die
erste Ausführungsform
einer Feinbewegungsmechanismuseinheit wird anhand 1-3 erläutert. 1 zeigt
eine Schnittansicht (Schnittlinie A-A in 2), die
erzielt wird, indem die Feinbewegungsmechanismuseinheit längs, in
Richtung der X-Achse
geschnitten wird, und 2 zeigt eine Unteransicht, die
erhalten wird, wenn sie von der Unterseite in 1 betrachtet
wird. In diesen Figuren ist ein X-Feinbewegungsmechanismus 12 an
einem Unterstützungselement 11 befestigt,
das Teil eines Anbaurahmens ist. Das Unterstützungselement 11 ist ein
plattenförmiges
Element und besitzt beispielsweise eine rechtwinklige Öffnung (einen
Raum) 11a in seinem Mittelteil. Der X-Feinbewegungsmechanismus 12 besitzt
ebenfalls eine plattenartige Gestalt. Ferner ist ein Y-Feinbewegungsmechanismus 13 in einen
plattenförmigen
Körper
integriert, der den X-Feinbewegungsmechanismus 12 so in
einem Körper
enthält,
dass dieser von den Teilen, die den X-Feinbewegungsmechanismus 12 bilden,
umschlossen ist. In dem Y-Feinbewegungsmechanismus 13 ist
eine runde Öffnung
(ein Raum) 132a in der Mitte eines Y-Bewegungsabschnitts 132 ausgebildet. Obwohl
der X-Feinbewegungsmechanismus 12 und der Y-Feinbewegungsmechanismus 13 unter
dem Gesichtspunkt ihrer Funktionen als zwei verschiedene Abschnitte
dargestellt werden, sind die beiden Mechanismen unter Verwendung
eines plattenförmigen
Elements in einem Körper
ausgebildet. Ein Z-Feinbewegungsmechanismus 14 ist unter
dem Y-Feinbewegungsmechanismus 13 platziert
und an der Außenfläche der Öffnung 132a des
Y-Bewegungsabschnitts 132 befestigt. Die Feinbewegungsmechanismen
in X-, Y- und Z-Richtung, 12, 13 und 14,
bewirken, dass sich ihre Bewegungsabschnitte in der X-, der Y- und
der Z-Richtung entsprechend dem in 1 und 2 gezeigten
XYZ-Koordinatensystem 500 bewegen.
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Als
Nächstes
wird jede Konfiguration der Feinbewegungsmechanismen in X-, Y- und
Z-Richtung ausführlich
erläutert.
Bei dem X-Feinbewegungsmechanismus 12 sind zwei ortsfeste
Abschnitte 120 beiderseits des Unterstützungselements 11 mit
Bolzen 124 (oder Verbindungsanschnitten wie etwa Haftmitteln)
befestigt, während
ein X-Bewegungsabschnitt 122 an
der Innenseite der ortsfesten Abschnitte über Biegungsabschnitte 121a vom
Parallelplattentyp angebracht ist. Der X-Feinbewegungsmechanismus 12 weist
zwei Paare Parallelplatten-Biegungsabschnitte 121a auf.
Die zwei einander zugewandten Parallelplatten-Biegungsabschnitte 121a,
der ortsfeste Abschnitt 120 und der X-Bewegungsabschnitt 122 bilden
einen Raum 121b. In jedem der zwei Räume 121b ist ein piezoelektrischer Aktuator 123 zur
Bewegung des X-Bewegungsabschnitts 122 in X-Richtung zwischen
einem Vorsprung 120a des ortsfesten Abschnitts 120 und
einem Vorsprung 122a des X-Bewegungsabschnitts 122 angeordnet.
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Der
Y-Feinbewegungsabschnitt 13 ist durch Ausbilden langer
Zwischenräume 131c,
die sich in X-Richtung in dem X-Bewegungsabschnitt 122 erstrecken,
erzeugt worden und weist den Y-Bewegungsabschnitt 132 auf,
der durch Ausbilden eines Biegungsabschnitts 131a in der
Nähe der
beiden Enden jedes der langen Zwischenräume 131c entstanden
ist. Der Y-Feinbewegungsmechanismus 13 weist zwei Paar
Biegungsabschnitte 131a vom Parallelplattentyp auf. Die
zwei Biegungsabschnitte 131a vom Parallelplattentyp, der
X-Bewegungsabschnitt 122 und der Y-Bewegungsabschnitt 132 bilden
einen Raum 131b. In jedem der beiden Räume 131b ist ein piezoelektrischer
Aktuator 133 zur Bewegung des Y-Bewegungsabschnitts 132 in
Y-Richtung zwischen einem Vorsprung 122b des X-Bewegungsabschnitts 122 und
einem Vorsprung 132b des Y-Bewegungsabschnitts 132 angeordnet.
Ferner hat der lange Zwischenraum 131c eine im Voraus festgelegte
Breite, die erforderlich ist, damit sich der Y-Bewegungsabschnitt 132 in
der Y-Richtung um das angestrebte Ausmaß der Verlagerung bewegen kann,
wenn die in Y-Richtung wirkenden piezoelektrischen Aktuatoren 122 angesteuert
werden, um die Y-Bewegungsabschnitte 132 zu bewegen. Die
oben erwähnte Öffnung 132a ist
in der Mitte des Y-Bewegungsabschnitts 132 ausgebildet.
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Der
Z-Feinbewegungsmechanismus 14 umfasst einen Z-Bewegungsabschnitt 141 zylindrischer Form
und ein zylindrisches piezoelektrisches Element (einen piezoelektrischen
Aktuator) 142, um den Z-Bewegungsabschnitt 141 in
Z-Richtung zu bewegen. Das zylindrische piezoelektrische Element 142 ist
an dem Y-Bewegungsabschnitt 132 befestigt. Da der Z-Feinbewegungsmechanismus 14 zylindrisch ausgebildet
ist, weist er in seinem mittigen Innenbereich einen Raum auf, der
in Z-Richtung verläuft. Ferner
ist ein Ausleger 17 mit einer Sondenspitze 16 an seinem
auf einen Punkt zulaufenden Ende am unteren Ende des Z-Bewegungsabschnitts 141 mittels
eines ortsfesten Elements 15 und eines Montageelements 171 befestigt,
und die Feinbewegung durch den Z-Bewegungsabschnitt 141 ermöglicht der
Sondenspitze 16, eine (in den Figuren nicht gezeigte) Probe
zu messen, wie weiter unten ausgeführt wird. Ein in 1 mit
frei erfundenen Umrissen gezeigtes Element 18 ist ein weiteres
Beobachtungsmittel, um Teile, an denen Messungen ausgeführt werden
sollen, wie etwa die Sondenspitze 16 und dergleichen, zu
beobachten, wobei es sich konkret beispielsweise um eine objektseitige
Linse eines Lichtmikroskops und dergleichen handelt.
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Als
Nächstes
wird die Funktion der oben erwähnten
Feinbewegungsmechanismuseinheit anhand 3 erläutert. Das
Bezugszeichen 100 bezeichnet eine Steuereinheit, um beispielsweise
das Raster-Kraftmikroskop zu steuern. Die Steuereinheit 100 führt die
gesamte Steuerung durch, die für
die auf dem Mikroskop basierende Messung erforderlich ist. Das Bezugszeichen 101 bezeichnet
eine Steuereinheit für
die Feinbewegung in X-Richtung. Diese Steuerschaltung 101 für die Feinbewegung
in X-Richtung legt auf der Grundlage von Befehlen, die von der Steuereinheit 100 gegeben
werden, die gleichen Spannungen an (in den Figuren nicht gezeigte) Elektroden
eines rechten und eines linken piezoelektrischen Aktuators 123 an
und bewirkt damit, dass der X-Bewegungsabschnitt 122 in
der X-Richtung mit hoher
Empfindlichkeit um den gewünschten
Betrag der Ausdehnung oder Kontraktion verlagert wird. Die Verlagerung
des X-Bewegungsabschnitts 122 kann durch das Biegen der
Parallelplatten-Biegungsabschnitte 121a, die den ortsfesten
Abschnitt 120 mit dem X-Bewegungsabschnitt 122 verbinden,
erzeugt werden. Das Biegen ist die Folge des Dehnens und Kontrahierens
der piezoelektrischen Aktuatoren 123. Der Y-Feinbewegungsmechanismus 13,
der in dem X-Bewegungsabschnitt 122 angeordnet ist, und
der Z-Feinbewegungsmechanismus 14, der an dem Y-Feinbewegungsmechanismus 13 befestigt
ist, werden außerdem
gleichzeitig zusammen mit dem X-Bewegungsabschnitt 122 um
die gleiche Strecke in X-Richtung verlagert.
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Das
Bezugszeichen 102 bezeichnet eine Steuereinheit für die Feinbewegung
in Y-Richtung. Die
Steuerschaltung 102 für
die Feinbewegung in Y-Richtung legt auf der Grundlage von Befehlen,
die von der Steuereinheit 100 gegeben werden, die gleichen
Spannungen an die zwei piezoelektrischen Aktuatoren 133 an
und bewirkt damit, dass der Y-Bewegungsabschnitt 132 in
Y-Richtung relativ zu dem X-Bewegungsabschnitt 122 mit
hoher Empfindlichkeit in die gewünschte
Position verlagert wird. Die Verlagerung in Y-Richtung kann durch
das Biegen der Parallelplatten-Biegungsabschnitte 131a erzeugt werden,
die den X-Bewegungsabschnitt 122 mit dem Y-Feinbewegungsmechanismus 13 verbinden.
Die Verlagerung in Y-Richtung
kann auf Grund der langen Zwischenräume 131c mit der im
Voraus festgelegten Breite ermöglicht
werden. Der Z-Feinbewegungsmechanismus 14, der an dem Y-Bewegungsabschnitt 132 befestigt
ist, wird außerdem
gleichzeitig gemeinsam mit dem Y-Bewegungsabschnitt 132 um
die gleiche Strecke in Y-Richtung verlagert. So ist die Gesamtheit
des Feinbewegungsmechanismus in den X-Feinbewegungsmechanismus und den Y-Feinbewegungsmechanismus
unterteilt, weshalb die Feinbewegungen in X- und Y-Richtung unabhängig voneinander
ausgeführt
werden können.
Folglich kann die Beanspruchung des Feinbewegungsmechanismus, der
so betrieben wird, dass er der Oberflächengestalt der Probe folgt,
verringert werden, und das Abtastverhalten in X- und Y-Richtung
(rechtwinkliges Koordinatensystem) kann verbessert werden.
-
Das
Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Steuereinheit für die Feinbewegung
in Z-Richtung. Die
Steuerschaltung 103 für
die Feinbewegung in Z-Richtung legt auf der Grundlage von Befehlen,
die von der Steuereinheit 100 gegeben werden, eine Spannung
an den piezoelektrischen Aktuator 142 an und bewirkt damit,
dass der Z-Bewegungsabschnitt 141 in
Z-Richtung relativ zu dem Y-Bewegungsabschnitt 132 mit
hoher Empfindlichkeit in die gewünschte
Position verlagert wird. Entsprechend dieser Feinbewegung kann die
Sondenspitze 16 und dergleichen, die beispielsweise an
dem unteren Abschnitt des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 befestigt
ist, in Z-Richtung
verlagert werden.
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Die
Konfiguration der oben angegebenen ersten Ausführungsform eignet sich für die Messung an
einer großen
Probe, ist in der Lage, die Belastung des Feinbewegungsmechanismus
bei der Durchführung
der Messung zu verringern, und ermöglicht die unabhängigen und
genauen Feinabtastbewegungen in X- und Y-Richtung, wobei sie ferner das Bewegungsverhalten
in dem rechtwinkligen Koordinatensystem verbessern kann. Da sowohl
der X- als auch der Y-Feinbewegungsmechanismus die Öffnung aufweist
und der Z-Feinbewegungsmechanismus so beschaffen ist, dass er den
zylindrischen piezoelektrischen Aktuator und den zylindrischen Z-Bewegungsabschnitt
benutzt, kann die Konfiguration der ersten Ausführungsform den besonderen Raum
sicherstellen, der für
die Anordnung eines weiteren, verschiedenen Mikroskops (eines Lichtmikroskops
oder eines Elektronenmikroskops usw.) verwendet wird, das im Stande
ist, den Teil, an dem Messungen auszuführen sind, einschließlich beispielsweise
des Auslegers, der an dem unteren Abschnitt des Z-Feinbewegungsmechanismus
befestigt ist, zu beobachten.
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4 zeigt
das abgewandelte Beispiel der oben angegebenen Feinbewegungsmechanismuseinheit
gemäß der ersten
Ausführungsform. 4 ist eine
Ansicht, die erhalten wird, wenn die Feinbewegungsmechanismuseinheit
von der Unterseite aus betrachtet wird. Die Feinbewegungsmechanismuseinheit
des abgewandelten Beispiels hat die Konfiguration der ersten Ausführungsform
und weist ferner ein Paar Parallelplatten-Biegungsabschnitte 121d auf,
die an der Stelle nahe der beiden Seiten jedes der beiden piezoelektrischen
Aktuatoren 123 in Bezug auf jedes der zwei Paare Parallelplatten-Biegungsabschnitte 121a hinzugefügt sind,
und weist ferner ein Paar Parallelplatten-Biegungsabschnitte 131d auf,
die an der Stelle nahe der beiden Seiten jedes der beiden piezoelektrischen
Aktuatoren 133 in Bezug auf jedes der zwei Paare Parallelplatten-Biegungsabschnitte 131a hinzugefügt sind.
Die übrigen Konfigurationen
sind bis auf die hinzugefügten
Komponenten den im Zusammenhang mit 2 erläuterten
Konfigurationen gleich, und deshalb haben die gleichen Komponenten
jeweils die gleichen Bezugszeichen. Die Feinbewegungsmechanismuseinheit der
vorliegenden Ausführungsform
hat vor allem die Vorteile einer hohen Steife und Bewegungsgenauigkeit,
die zu den oben erwähnten
lobenswerten technischen Wirkungen hinzukommen.
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Als
Nächstes
wird die zweite Ausführungsform
der Feinbewegungsmechanismuseinheit mit Bezug auf 5 und 6 erläutert. Komponenten, die
jeweils den in 1-3 gezeigten
Komponenten völlig
gleich sind, haben das gleiche Bezugszeichen; daher entfällt ihre
ausführliche
Erläuterung. 5 zeigt
eine Schnittansicht (Schnitt längs
der Linie B-B in 6), die erhalten wird, wenn
die Feinbewegungsmechanismuseinheit längs der Y-Richtung geschnitten
wird, und 6 zeigt eine Ansicht, die erhalten
wird, wenn die Feinbewegungsmechanismuseinheit von der Unterseite
in 5 aus betrachtet wird. In dieser Ausführungsform
ist der Y-Feinbewegungsmechanismus,
indem ein anderes plattenförmiges
Element verwendet wird, so ausgebildet, dass er von dem X-Feinbewegungsmechanismus getrennt
ist, und ist an dem X-Bewegungsabschnitt befestigt, wobei ferner
der piezoelektrische Aktuator des Z-Feinbewegungsmechanismus in
Blockform ausgebildet ist.
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Im
Folgenden wird die Konfiguration der zweiten Ausführungsform
erläutert.
Der X-Feinbewegungsmechanismus 22 ist
jenem der ersten Ausführungsform
im Wesentlichen gleich und so geformt, dass er ein plattenförmiger Körper ist,
der ferner in seiner Mitte den X-Bewegungsabschnitt 222 hat.
In dem X-Bewegungsabschnitt 222 ist eine Öffnung 222a in
dem Teil ausgebildet, das dem Ort der Anordnung des Y-Feinbewegungsmechanismus 23 entspricht.
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Der
Y-Feinbewegungsmechanismus 23 hat eine fast rechtwinklige
Form, wie anhand der in 6 gezeigten Form der Unterseite
allgemein deutlich wird. Bei dem Y-Feinbewegungsmechanismus 23 sind
jeweils an den beiden Enden ortsfeste Abschnitte 230 angeordnet,
die an dem X-Bewegungsabschnitt 222 angebracht sind, wobei
an der Innenseite dieser festen Abschnitte 230 Parallelplatten-Biegungsabschnitte 231a angeordnet
sind, in deren Mitte ferner ein Y-Bewegungsabschnitt 232 vorgesehen ist.
Der Y-Feinbewegungsmechanismus 23 weist zwei Paare Parallelplatten-Biegungsabschnitte 231a auf.
Die zwei Parallelplatten-Biegungsabschnitte 231a, die ortsfesten
Abschnitte 230 und der Y-Bewegungsabschnitt 232 bilden
einen Raum 231b. In jedem der Räume 231b ist der piezoelektrische
Aktuator 133 für
die Bewegung in Y-Richtung zwischen einem Vorsprung 230a des
ortsfesten Abschnitts 230 und einem Vorsprung 232b des
Y-Bewegungsabschnitts 232 angeordnet.
Ferner hat der Y-Bewegungsabschnitt 232 fast mittig eine Öffnung 232a. Der
Y-Feinbewegungsmechanismus 23 ist beispielsweise mit mehreren
Bolzen 127 an dem X-Bewegungsabschnitt 222 befestigt.
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Ein
Z-Feinbewegungsmechanismus 145 umfasst einen piezoelektrischen
Aktuator 146, der die Bewegung in Z-Richtung herbeiführt, und
einen Z-Bewegungsabschnitt 147, der an dem unteren Ende
des Aktuators 146 angebracht ist. Der Z-Feinbewegungsmechanismus 145 ist
an dem Y-Bewegungsabschnitt 232 befestigt. Ferner ist eine
Sondenspitze 161, die beispielsweise für STM verwendet wird, am Ende
des Z-Bewegungsabschnitts 147 angeordnet.
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Die
wie oben angegeben konfigurierte Feinbewegungsmechanismuseinheit
der zweiten Ausführungsform
ist in der Lage, die gleichen Wirkungen wie die erste Ausführungsform
herbeizuführen.
Der bei der vorliegenden Erfindung benutzte Feinbewegungsmechanismus
kann eine breite Anwendung als Feinbewegungsmechanismus erfahren,
der eine Abtastoperation für
das Rastersondenmikroskop und dergleichen ausführt.
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Als
Nächstes
wird die erste Ausführungsform des
Rastersondenmikroskops (SPM) gemäß der vorliegenden
Erfindung anhand 7-9 erläutert. Diese
Ausführungsform
stellt ein Beispiel für
ein Raster-Kraftmikroskop dar. Als Feinbewegungsmechanismus wird
die erste Ausführungsform
(in 1-3 gezeigt) der weiter oben erwähnten Feinbewegungsmechanismuseinheit
verwendet. 7 zeigt eine Schnittansicht
mit Teilaussparung längs
einer Mittellinie parallel zur Y-Richtung, in der die Sondenspitze
in dem Rastersondenmikroskop angeordnet ist, und 8 zeigt
eine Ansicht längs
einer Linie C-C, wobei das Mikroskop von der Unterseite in 7 zu
sehen ist, während 9 die
mit einem Steuersystem ausgestattete Konfiguration zeigt. Bei der
Feinbewegungsmechanismuseinheit, die auf das SPM der vorliegenden
Erfindung Anwendung findet, sind die Komponenten, die jenen Komponenten,
die in den oben angegebenen Ausführungsformen
erläutert
wurden, völlig
gleich sind, jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen, weshalb
ihre ausführliche
Erläuterung
entfällt.
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Wie 7-9 zeigen,
ist die Baueinheit aus den Feinbewegungsmechanismen in X-, Y- und Z-Richtung
an dem Unterstützungselement 11 befestigt,
das Teil des Rahmens für
das Rastersondenmikroskop ist. Die rechtwinklige Öffnung 11a ist
fast in der Mitte des Unterstützungselements 11 ausgebildet.
Der X-Feinbewegungsmechanismus 12 und der Y-Feinbewegungsmechanismus 13 sind
unter Verwendung des gemeinsamen plattenförmigen Elements aufgebaut,
wobei der Y- Feinbewegungsmechanismus 13 in
den X-Bewegungsabschnitt 122 des X-Feinbewegungsmechanismus 12 integriert
ist. Der Y-Bewegungsabschnitt 132 hat die runde Öffnung 132a,
und der zylindrische, in Z-Richtung wirkende piezoelektrische Aktuator 142 des
Z-Feinbewegungsmechanismus 14 ist an der Unterseite der Öffnung 132a befestigt.
Der piezoelektrische Aktuator 142 ist mit dem zylindrischen
Z-Bewegungsabschnitt 141 ausgestattet, der einen Durchmesser
aufweist, der im Wesentlichen dem Durchmesser des Aktuators 142 gleich
ist. Der Ausleger 17 mit der Sondenspitze 16 ist
mittels des Montageelements 15 an der Unterseite des Z-Bewegungsabschnitts 141 in
dem Z-Feinbewegungsmechanismus 14 befestigt. Hier ist die
Position der Anordnung der Sondenspitze 16 so festgelegt,
dass sie fast auf der Mittellinie des zylindrischen piezoelektrischen
Aktuators 142 ist.
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Die
Bewegungsabschnitte der Feinbewegungsmechanismen in X-, Y- und Z-Richtung werden mit
hoher Empfindlichkeit in die entsprechenden Richtungen bewegt, indem
die erforderlichen Spannungen an die (in den Figuren nicht gezeigten)
Elektroden der entsprechenden piezoelektrischen Aktuatoren für diese
Feinbewegungsmechanismen angelegt werden. Die X-Richtung und die
Y-Richtung sind jeweils den Abtastrichtungen der Sondenspitze gleich,
wenn die Sondenspitze dazu veranlasst wird, die Probenoberfläche zu vermessen,
wobei sie im Wesentlichen parallel zur Probenoberfläche sind.
Die Z-Richtung entspricht einer Bewegungsrichtung, längs der
die zur Probenoberfläche
zeigende Sondenspitze im Fall der Messung der Oberfläche genähert oder
von der Oberfläche
entfernt wird. Gemäß der oben
angegebenen Konfiguration kann der Teil, der jeweils in der Mitte
des X-Feinbewegungsmechanismus und des Y-Feinbewegungsmechanismus
positioniert ist, sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung oder
in kombinierte Richtungen mit hoher Empfindlichkeit bewegt werden.
Deshalb wird die Sondenspitze 16 oder dergleichen, die
an dem unteren Abschnitt des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 angebracht
ist, mit hoher Empfindlichkeit in beliebige Richtungen in der XY-Ebene
bewegt.
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Als
Nächstes
wird die Konfiguration eines optischen Erfassungssystems (oder einer
optischen Erfassungseinheit) zur Erfassung des Biegeverformungsbetrags
(des Ausmaßes
der Biegung) des Auslegers 17 mit der Sondenspitze 16 an
seinem auf einen Punkt zulaufenden Ende erläutert. Ein mit einer Lichtquelle 31 versehenes
Traggestell 32 ist an der Unterseite des Y-Bewegungsabschnitts 132 befestigt.
Der von der Lichtquelle 31 ausgesendete Lichtstrahl ist
so eingestellt, dass er in Z-Richtung
ausgestrahlt wird. Ferner ist ein mit einem Photodetektor 37 versehenes
Traggestell 38 an der Unterseite des Y-Bewegungsabschnitts 132 befestigt,
wobei der Photodetektor 37 so eingestellt ist, dass er
den aus der Z-Richtung kommenden Lichtstrahl empfängt. Der
Z-Bewegungsabschnitt 141 ist mit einem Reflexionsabschnitt-Unterstützungselement 40 mit
einem ersten reflektierenden Abschnitt 44 versehen, der den
in Z-Richtung von der Lichtquelle 31 kommenden Lichtstrahl
so führt,
dass er auf der Rückseite
des Auslegers 17 auftrifft, und mit einem weiteren Reflexionsabschnitt-Unterstützungselement 40 mit
einem zweiten reflektierenden Abschnitt 45, der den von dem
Rückseite
des Auslegers 17 kommenden Lichtstrahl zu dem Photodetektor 37 in
Z-Richtung führt. Ferner
hat der Z-Bewegungsabschnitt 141 einen lichtdurchlässigen Abschnitt 14a,
wie etwa ein Loch, eine Kerbe, einen Schlitz und dergleichen, der
gebraucht wird, um den an dem ersten reflektierenden Abschnitt 44 reflektierten
Lichtstrahl zur Rückseite des
Auslegers 17 hindurch zu lassen, und einen lichtdurchlässigen Bereich 14b,
der dem lichtdurchlässigen
Bereich 14a ähnlich
ist, um den an dem Ausleger 17 reflektierten Lichtstrahl
zu dem zweiten reflektierenden Abschnitt 45 hindurch zu
lassen. Hier sind, wie in der Figur gezeigt ist, beide, das Traggestell 32 mit
der Lichtquelle und das Traggestell 38 mit dem Photodetektor,
an den einander gegenüberliegenden Seiten
des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 angeordnet. Die Reflexionsabschnitt-Unterstützungselemente 40,
nämlich
das Reflexionsabschnitt-Unterstützungselement 40 an
der rechten Seite, das den ersten reflektierenden Abschnitt 44 aufweist,
und das Reflexionsabschnitt-Unterstützungselement 40 an der
linken Seite, das den zweiten reflektierenden Abschnitt 45 aufweist,
sind ebenfalls an einander gegenüberliegenden
Enden des um den Ausleger 17 zentrierten Montageelements 15 angeordnet.
Folglich sind die Lichtquelle 31, der erste Reflexionsabschnitt 44,
der zweite Reflexionsabschnitt 45, der Photodetektor 37 und
der Ausleger 17 mit der Sondenspitze 16, die einen
Messabschnitt bilden, in einer nahezu geraden Linie angeordnet,
die in der Figur in Y-Richtung verläuft. Ein Strahlengang in dem
optischen Erfassungssystem, das diese Komponenten umfasst, ist in 7 als
punktierte Linie gezeigt.
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Der
oben erwähnte
zylindrische piezoelektrische Aktuator 142, der benutzt
wird, um die Feinbewegung in Z-Richtung zu erzeugen, hat beispielsweise
einen Durchmesser von ungefähr
40 mm. Ein Lichtmikroskop 18 ist unter Nutzung der rechtwinkligen Öffnung 11a des
Unterstützungselements 11,
der runden Öffnung 132a des
Y-Feinbewegungsmechanismus 13 und des Innenraums des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 angeordnet.
Die objektseitige Linse des Lichtmikroskops 18 liegt der
Rückseite
des Auslegers 17 und der Sondenspitze 16 gegenüber. Folglich
kann der Teil, an dem Messungen vorgenommen werden sollen, wobei
die Sondenspitze 16 und dergleichen eingeschlossen ist,
mit dem Lichtmikroskop 18 beobachtet werden. Ein Zwischenraum zwischen
dem Lichtmikroskop 18 und der runden Öffnung 132a des Y-Feinbewegungsmechanismus 13 und
ein Zwischenraum zwischen dem Lichtmikroskop 18 und dem
Z-Feinbewegungsmechanismus 14 sind jeweils breit genug
ausgebildet, um einander nicht zu berühren, selbst wenn die Feinbewegung
in X- oder Y-Richtung basierend auf jedem Betrieb des X-Feinbewegungsmechanismus 12 und
des Y-Feinbewegungsmechanismus 13 erzeugt wird.
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Entsprechend
dem optischen Erfassungssystem mit der oben angegebenen Konfiguration, wird,
wie durch die punktierte Linie 41, die den Strahlengang
zeigt, verdeutlicht ist, der Lichtstrahl (Laserstrahl usw.), der
von der Lichtquelle 31 ausgesendet wird, in Z-Richtung
ausgestrahlt, und ferner bewirkt die Reflexion an dem ersten reflektierenden
Abschnitt 44, dass der Strahl unter einem regulären Winkel
zur Rückseite
des Auslegers 17 abgestrahlt wird. Außerdem ist, obwohl sich der
Z-Feinbewegungsmechanismus 14 im Strahlengang zwischen dem
ersten reflektierenden Abschnitt 44 und dem Ausleger 17 befindet,
wie weiter oben erwähnt
wurde, der lichtdurchlässige
Abschnitt 14a ausgebildet, den der Strahl durchqueren kann.
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Der
an der Rückseite
des Auslegers 17 reflektierte Lichtstrahl wird auf Grund
der nächsten
Reflexion an dem zweiten reflektierenden Abschnitt 45 parallel
zur Z-Richtung und
fällt auf
den Photodetektor 37. In ähnlicher Weise ist in diesem
Strahlengang, obwohl sich der Z-Feinbewegungsmechanismus 14 zwischen
dem Ausleger 17 und dem zweiten reflektierenden Abschnitt 45 befindet,
wie weiter oben erwähnt
wurde, der lichtdurchlässige
Abschnitt 14b, den der Strahl durchqueren kann, ausgebildet.
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Der
mittels der punktierten Linie 41 gezeigte Strahlengang 41,
der durch den Aufbau des optischen Erfassungssystems erzeugt wird,
ist lagestabil, und selbst wenn sich der Ausleger 17 durch
den X- und Y-Feinbewegungsmechanismus, 12 und 13, in
der XY-Ebene bewegt oder sich durch den Z-Feinbewegungsmechanismus 14 in
Z-Richtung bewegt, kann
die optische Achse des Strahlengangs nicht verschoben werden.
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Eine
Probe 42 ist unter der Sondenspitze 16 platziert.
Die Probe 42 ist an einem Grobbewegungs-Objekttisch 43,
wie etwa einem Probenstand befestigt. Der Grobbewegungs-Objekttisch 43 ermöglicht die
Bewegung über
verhältnismäßig große Strecken
jeweils in X-, Y- und Z-Richtung. Die Probe 42 kann mittels
des Grobbewegungs-Objekttisches 43 in jede Position bewegt
werden. Das Lichtmikroskop 18, das über dem Ausleger 17 angeordnet
ist, ermöglicht
die Beobachtung der Sondenspitze 16 und der Probe 42.
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In
der oben angegebenen Konfiguration wird, wenn der Grobbewegungs-Objekttisch 43 die Probe 42 an
einer willkürlichen
Position in der XY-Ebene in Z-Richtung bewegt, so dass sie sich
der Sondenspitze 16 nähert,
eine atomare Kraft zwischen der Sondenspitze 16 und der
Probe 42 erzeugt, und folglich wird der Ausleger 17 durch
die atomare Kraft gebogen. Zu diesem Zeitpunkt verändert sich
die optische Achse als Strahlengang von dem Ausleger 17 zu
dem Photodetektor 37, und diese Veränderung der optischen Achse
wird durch den Photodetektor 37 erfasst. Entsprechend dem
Photodetektor 37, der das Ausmaß der Biegung des Auslegers 17 erfasst,
kann die Verlagerung in Z-Richtung, die in der Sondenspitze 16 erzeugt
wird, erfasst werden. Wie bei dem oben angegebenen optischen Erfassungssystem
wird auch dann, wenn bei der Messung die Sondenspitze in der XY-Ebene
bewegt werden kann, solange das Ausmaß der Biegung des Auslegers 17 im
regulären
Bereich ist, der Lichtstrahl zu demselben Ort an der Rückseite
des Auslegers 17 abgestrahlt, was zur Folge hat, dass der
Strahl schließlich
am selben Ort in den Photodetektor gelangt.
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Als
Nächstes
wird anhand 9 ein Steuersystem erläutert. Die
Lichtquelle 31 wird durch ein Treibersignal von einem Lichtquellentreiber 51 gesteuert
und sendet dadurch den Lichtstrahl aus. Ein von dem Photodetektor 37 ausgegebenes
Signal wird über
einen Lichtempfangsverstärker 52 in
eine Steuereinheit 53 eingegeben. Die Steuereinheit 53 hat
die Steuerung des Betriebs in X- und Y-Richtung mittels sowohl des
X-Feinbewegungsmechanismus 12 als auch des Y-Feinbewegungsmechanismus 13 und
des Betriebs in Z-Richtung mittels des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 mit
Hilfe einer Feinbewegungsmechanismus-Steuereinheit 54 zur Aufgabe. Die
Feinbewegungsmechanismus-Steuereinheit 54 steuert den X-Feinbewegungsmechanismus
und den Y-Feinbewegungsmechanismus, um die Sondenspitze 16 in
X- und Y-Richtung zu bewegen. Gleichzeitig wird der Ausleger 17 auf
Grund der atomaren Kraft zwischen der Sondenspitze und der Probe
gebogen. Der Biegungsbetrag des Auslegers 17 wird durch
den Photodetektor 37 erfasst und an die Steuereinheit 53 geliefert.
Die Steuereinheit 53 weist die Feinbewegungsmechanismus-Steuereinheit 54 an,
das Ausdehnen oder das Kontrahieren des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 so
zu steuern, dass der Biegebetrag des Auslegers 17 konstant
gehalten werden kann. Diese Art der Steuerung auf der Grundlage der
Steuereinheit 53 wird ständig ausgeführt, während die Sondenspitze die
Oberfläche
der Probe 42 vermisst. Die Daten, die durch diese Messung
erhalten werden, d. h. die Positionsdaten (XY-Daten) der Sondenspitze
auf der gemessenen Oberfläche
der Probe, und die Höhendaten
(Z-Daten) an entsprechenden gemessenen Punkten werden in der Steuereinheit 53 gespeichert.
Die Steuereinheit 53 erzeugt beispielsweise Bilder der
Messungen unter Verwendung der Daten und gibt die Bilder an eine Ausgabeeinheit 55 aus.
-
Als
Nächstes
wird die zweite Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops der vorliegenden Erfindung anhand 10-12 erläutert. 10 zeigt
eine Schnittansicht längs
einer Linie in Y-Richtung, 11 ist
eine teilweise geschnittene Perspektivansicht, die die äußere Erscheinung
zeigt, und 12 zeigt eine Schnittansicht
mit Teilaussparung längs
einer Linie D-D, wobei das Mikroskop von der Unterseite aus betrachtet
wird. Die Komponenten, die in dieser zweiten Ausführungsform
den erläuterten
Komponenten in der ersten Ausführungsform
im Wesentlichen gleich sind, sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen und ihre ausführliche Erläuterung
entfällt.
In dem Rastersondenmikroskop der zweiten Ausführungsform ist das optische
Erfassungssystem im Vergleich zu jenem der ersten Ausführungsform
mit einem dritten reflektierenden Abschnitt 33 zwischen
der Lichtquelle 31 und dem ersten reflektierenden Abschnitt 44 und
mit einem vierten reflektierenden Abschnitt 35 zwischen
dem zweiten reflektierenden Abschnitt 45 und dem Photodetektor 37 versehen.
Die reflektierenden Abschnitte, nämlich der dritte reflektierende
Abschnitt 33 und der vierte reflektierende Abschnitt 35,
werden von dem Unterstützungselement 34 bzw. 36 unterstützt, wobei sie
an der unteren Fläche
des Y-Bewegungsabschnitts 132 des Y-Feinbewegungsmechanismus 13 befestigt
sind.
-
Im
Folgenden wird hauptsächlich
die Konfiguration der Teile erläutert,
die von der ersten Ausführungsform
verschieden sind. Ein Lichtquellen-Unterstützungselement 320,
das mit der Lichtquelle ausgestattet ist, die den Lichtstrahl in
Y-Richtung abstrahlt, und ein Reflexionsabschnitt-Unterstützungselement 34,
das mit dem dritten reflektierenden Abschnitt 33 versehen
ist, der den Strahl von der Lichtquelle 31 in Z-Richtung reflektiert,
damit er den ersten reflektierenden Abschnitt 44 erreicht,
sind an der Unterseite des Y-Bewegungsabschnitts 132 befestigt.
Ferner sind in ähnlicher
Weise ein Reflexionsabschnitt-Unterstützungselement 36,
das mit dem vierten reflektierenden Abschnitt 35 versehen
ist, der den Strahl in Z-Richtung, der von dem zweiten reflektierenden
Abschnitt 45 kommt, in Y-Richtung reflektiert, und ein
Photodetektor-Unterstützungselement 380, das
mit dem Photodetektor 37 versehen ist, der den Lichtstrahl
empfängt,
der von dem vierten reflektierenden Abschnitt 35 kommt,
an der Unterseite des Y-Bewegungsabschnitts 132 befestigt.
Eine Baugruppe aus dem Lichtquellen-Unterstützungselement 320 und
dem Element 34 zur Unterstützung des dritten reflektierenden
Abschnitts sowie eine Baugruppe aus dem Element 36 zur
Unterstützung
des vierten reflektierenden Abschnitts und dem Photodetektor-Unterstützungselement 380 sind
an gegenüberliegenden
Seiten angeordnet, wobei der Z-Feinbewegungsmechanismus die zentrale
Figur ist. Die Lichtquelle 31, der dritte reflektierende
Abschnitt 33, der erste reflektierende Abschnitt 44,
eine reflektierende Fläche 17a an
der Rückseite
des Auslegers 17, der zweite reflektierende Abschnitt 45,
der vierte reflektierende Abschnitt 35 und der Photodetektor 37 sind so
angeordnet, dass sie nahezu eine Linie bilden, die in Y-Richtung verläuft. Die übrigen Konfigurationen
in der zweiten Ausführungsform
sind jenen des Rastersondenmikroskops der ersten Ausführungsform gleich.
-
Gemäß dem optischen
Erfassungssystem mit der oben angegebenen Konfiguration, die durch die
punktierte Linie 41 verdeutlicht ist, die den Strahlengang
zeigt, wird der von der Lichtquelle 31 usw. ausgesendete
Lichtstrahl, der parallel zur Y-Richtung ist, mittels der reflektierenden
Abschnitte 33 und 44 zu der reflektierenden Fläche 17a an
der Rückseite des
Auslegers 17 ausgestrahlt. Der von dem reflektierenden
Abschnitt 33 reflektierte Lichtstrahl wird parallel zur
Z-Richtung. Der von dem reflektierenden Abschnitt 44 reflektierte
Lichtstrahl wird unter dem regulären
Winkel zur Rückseite
des Auslegers 17 ausgestrahlt. Ferner ist, obwohl sich
der Teil des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 in
dem Strahlengang zwischen dem reflektierenden Abschnitt 44 und
dem Ausleger 17 befindet, wie weiter oben erwähnt wurde,
der lichtdurchlässige
Abschnitt 14a in dem Teil ausgebildet, der im Weg ist,
so dass der Lichtstrahl hindurchtreten kann.
-
Der
an der reflektierenden Fläche 17a des Auslegers 17 reflektierte
Lichtstrahl wird des Weiteren an den reflektierenden Abschnitten 45 und 35 reflektiert,
um in den Photodetektor 37 einzutreten. Der an dem reflektierenden
Abschnitt 45 reflektierte Lichtstrahl wird parallel zur
Z-Richtung, und der an dem reflektierenden Abschnitt 35 reflektierte
Lichtstrahl wird parallel zur Y-Richtung. Ferner ist, obwohl sich
der Teil des Z-Feinbewegungsmechanismus 14 in dem Strahlengang
zwischen dem Ausleger 17 und dem reflektierenden Abschnitt 45 befindet,
wie weiter oben erwähnt
wurde, der lichtdurchlässige
Abschnitt 14b in dem Teil ausgebildet, der im Weg ist,
so dass der Lichtstrahl hindurchtreten kann.
-
Der
als punktierte Linie 41 gezeigte Strahlengang 41,
der durch den Aufbau des optischen Erfassungssystems erzeugt wird,
ist lagestabil, und auch wenn sich der Ausleger 17 mittels
des X-Feinbewegungsmechanismus und des Y-Feinbewegungsmechanismus
in der XY-Ebene bewegt und sich mittels des Z-Feinbewegungsmechanismus
in Z-Richtung bewegt, kann die optische Achse des oben angegebenen
Strahlengangs nicht verschoben werden.
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Gemäß dem oben
angegebenen optischen Erfassungssystem wird selbst dann, wenn bei
der Messung die Sondenspitze 16 bewegt werden kann, solange
das Ausmaß der
Biegung des Auslegers 17 im regulären Bereich ist, der Lichtstrahl
auf denselben Ort an der Rückseite
des Auslegers abgestrahlt, was zur Folge hat, dass der Lichtstrahl
schließlich
an derselben Position in den Photodetektor eintritt.
-
Als
Nächstes
wird die dritte Ausführungsform des
Rastersondenmikroskops der vorliegenden Erfindung anhand 13 erläutert. 13 entspricht 12.
Die vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform, mit der sie verglichen
wird, darin, dass das Lichtquellen-Unterstützungselement 32 mit
der Lichtquelle 31 und das Photodetektor-Unterstützungselement 380 mit
dem Photodetektor 37 nicht an dem Y-Bewegungsabschnitt 132,
sondern an dem X-Bewegungsabschnitt 122 des
X-Feinbewegungsmechanismus 12 befestigt sind. Die übrigen Konfigurationen
sind jenen der zweiten Ausführungsform
gleich.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird der Y-Bewegungsabschnitt 132 zusammen mit dem X-Bewegungsabschnitt 122 des
X-Feinbewegungsmechanismus 12 mit hoher Empfindlichkeit
bewegt. Aus diesem Grund ist, wenn sich der Y-Bewegungsabschnitt 132 in Y-Richtung
bewegt, der Abstand zwischen der Lichtquelle 31 und dem
dritten reflektierenden Abschnitt 33 bzw. der Abstand zwischen
dem vierten reflektierenden Abschnitt 35 und dem Photodetektor 37 veränderlich,
während
die optische Achse in Y-Richtung unveränderlich ist und auf die gleiche
Weise wie bei der oben angegebenen Ausführungsform auf einer Geraden
gehalten wird.
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Als
Nächstes
wird die vierte Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops der vorliegenden Erfindung anhand 14 und 15 erläutert. Die vorliegende
Erfindung stellt ein Rastersondenmikroskop dar, das zusammen mit
einem Lichtmikroskop als eine Baugruppe konfiguriert ist, auf welche
die Feinbewegungsmechanismen in X-, Y-, und Z-Richtung sowie das
optische Erfassungssystem und dergleichen, die in der zweiten Ausführungsform (10-12)
gezeigt worden sind, angewendet werden. 14 zeigt
eine Teilschnittansicht längs
einer Linie parallel zur Y-Richtung, und 15 ist
eine Seitenansicht mit einem Teilschnitt in Y-Richtung, bei Betrachtung
der rechten Seite in 14. Außerdem weisen die Komponenten,
die den in den oben angegebenen Ausführungsformen erläuterten
Komponenten im Wesentlichen gleich sind, jeweils die gleichen Bezugszeichen
auf, und ihre ausführliche
Erläuterung
entfällt.
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In
den Figuren bezeichnet ein Bezugszeichen 111 ein Unterstützungselement
für das
Rastersondenmikroskop, wobei dieses Unterstützungselement 111 an
einer Unterstützungsbasis 46 befestigt ist.
Das Unterstützungselement 111 ist
mit einer Öffnung 111a versehen.
Der X-Feinbewegungsmechanismus 12, der in der zweiten Ausführungsform
erläutert
wurde, ist an dem Unterstützungselement 111 angebracht,
wobei seine ortsfesten Abschnitte 120 beiderseits des Elements 111 mit
Bolzen 124 befestigt sind. Der XYZ-Grobbewegungsmechanismus 43 ist an
der Unterstützungsbasis 46 befestigt.
Der XYZ-Grobbewegungsmechanismus 43 ist so beschaffen,
dass er in X- bzw. Y-Richtung über
die Entfernung von beispielsweise 250 mm oder mehr, in Übereinstimmung
mit der Größe der Probe 42,
woran Messungen auszuführen
sind, beweglich ist. Ein Lichtmikroskop 49 umfasst einen
Rahmen 47 und die objektseitige Linse 18. Der
Rahmen 47 ist an der oben erwähnten Unterstützungsbasis 46 befestigt. Die
objektseitige Linse 18 ist durch die Öffnung 111a des Unterstützungselements 111,
die Öffnung 132a des
Y-Bewegungsabschnitts 132 in
den Innenraum des zylindrischen Z-Feinbewegungsmechanismus 14 eingeführt und
des Weiteren so angeordnet, dass sie dem Messabschnitt einschließlich der
Sondenspitze 16 gegenüberliegt.
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Im Übrigen wird
in der vierten Ausführungsform
des Rastersondenmikroskops die in 1-3 gezeigte
Konfiguration als X- und Y-Feinbewegungsmechanismuseinheit verwendet. Jedoch
könnte
auch die in 4 oder die in 5 und 6 gezeigte
Feinbewegungsmechanismuseinheit Anwendung finden.
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Wie
bei allen weiter oben angeführten
Rastersondenmikroskopen hält
die Konfiguration des Lichtstrahlengangs und dergleichen in dem
optischen Erfassungssystem die optische Achse immer an der im Voraus
festgelegten regulären
Position an der Rückseite
des Auslegers 17, auch wenn sich der Ausleger 17 und
die Sondenspitze 16 in irgendeine der X-, Y- und/oder Z-Richtung
bewegen. Ferner können
entsprechend dem getrennten Aufbau des X-Feinbewegungsmechanismus
und des Y-Feinbewegungsmechanismus als verschiedene Mechanismen
die Belastungen, die an dem Y-Feinbewegungsmechanismus wirksam werden,
verringert werden. Wenn beispielsweise die Y-Richtung als eine Abtastrichtung
festgelegt ist, in der ein Abtastvorgang ausgeführt wird, und die X-Richtung
als eine Vorschubrichtung festgelegt ist, in welcher ein Vorschubvorgang
ausgeführt
wird, kann in der Abtastrichtung eine Bewegung mit hoher Geschwindigkeit
ausgeführt
werden, und des Weiteren hat die mit hoher Geschwindigkeit ausgeführte Bewegung
in Abtastrichtung einen starken Einfluss auf die Hochgeschwindigkeitsbetriebsart
der gesamten Messung. Folglich kann die Verminderung der auf den
Y-Feinbewegungsmechanismus
einwirkenden Belastungen zur Schnellmessung führen.
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Obwohl
in jeder der oben angegebenen Ausführungsformen Beispiele des
Raster-Kraftmikroskops
erläutert
worden sind, kann das optische Erfassungssystem der vorliegenden
Erfindung auf alle Arten des Rastersondenmikroskops mit ähnlichem
Aufbau angewendet werden, die die oben erwähnte Sondenspitze und den Ausleger
enthalten. Obwohl die Beziehung zwischen dem X-Feinbewegungsmechanismus
und dem Y-Feinbewegungsmechanismus so festgelegt ist, dass der Letztere
in den mittigen Abschnitt des Ersteren integriert ist oder dass
der Letztere an dem Ersteren angebracht ist, kann diese Beziehung
zwischen den beiden Mechanismen umgekehrt werden. Im Umkehrfall
ist der X-Feinbewegungsmechanismus in den mittigen Abschnitt des Y-Feinbewegungsmechanismus
in einem Körper
integriert oder an ihm als ein weiteres Element angebracht, wobei
ferner der Z-Feinbewegungsmechanismus
einschließlich
des damit verbundenen Mechanismus an dem X-Feinbewegungsmechanismus
angebracht ist. Außerdem
ist der oben erwähnte
Z-Bewegungsabschnitt nicht unbedingt erforderlich, wobei der Ausleger
in dem Z-Feinbewegungsmechanismus direkt an dem piezoelektrischen
Aktuator angeordnet sein kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann, da die Feinbewegungsmechanismuseinheit, welche die Sondenspitze
und dergleichen mit hoher Empfindlichkeit bewegt, in drei Abschnitte
geteilt ist, die der X-, Y- bzw. Z-Richtung entsprechen und unabhängig voneinander
sind, damit sie sich nicht gegenseitig störend beeinflussen, die Belastung
des Feinbewegungsmechanismus, der bei der Messung die Sondenspitze
und dergleichen mit hoher Empfindlichkeit bewegt, verringert werden
und die Abtastbewegungen in X- und Y-Richtung können verbessert werden, wobei
des Weiteren große
Proben problemlos gemessen werden können.
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Da
die Komponenten des optischen Erfassungssystems zur Erfassung des
Biegeverformungsbetrags des Auslegers unter Verwendung der Nebenräume des
oberen Raums über
dem Ausleger positioniert sind, kann außerdem ein Raum sichergestellt werden,
der für
ein Einsetzen des Lichtmikroskops und dergleichen, das in der Lage
ist, den Messabschnitt einschließlich der Sondenspitze und
des Auslegers von der Oberseite aus zu beobachten, verwendet wird.
Ferner kann, da bei der Konfiguration zur Erfassung des Biegeverformungsbetrags
des Auslegers unter Verwendung des optischen Erfassungssystems der
Strahlengang (die optische Achse) entsprechend den im Voraus festgelegten
Richtungen unter Verwendung mehrerer reflektierender Abschnitte
ausgebildet ist, der Lichtstrahl immer zu dem im Voraus festgelegten
Ort an der Rückseite
des Auslegers abgestrahlt werden, selbst wenn sich die Sondenspitze
und der Ausleger in irgendeiner Richtung, der X-, Y-, und/oder Z-Richtung,
bewegen. Dadurch kann, wenn sich die Sondenspitze mit hoher Empfindlichkeit
in Richtung der drei Achsen X, Y, Z bewegt, die sich in Bezug auf
die Probe unter rechten Winkeln schneiden, ein Fleck auffallenden
Lichts an dem Ausleger und ein Fleck einfallenden Lichts auf der
Licht empfangenden Oberfläche
des Photodetektors unter der Bedingung, dass der Biegeverformungsbetrag
des Auslegers immer denselben Wert hat, in einem regulären Bereich
gehalten werden.