JPH02285213A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH02285213A JPH02285213A JP1105889A JP10588989A JPH02285213A JP H02285213 A JPH02285213 A JP H02285213A JP 1105889 A JP1105889 A JP 1105889A JP 10588989 A JP10588989 A JP 10588989A JP H02285213 A JPH02285213 A JP H02285213A
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- probe
- dimensional
- tunnel current
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/28—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
- G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/85—Scanning probe control process
- Y10S977/851—Particular movement or positioning of scanning tip
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S977/86—Scanning probe structure
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、微小位置決め、寸法測長、測距、速度および
計測等における位置情報測定、特に原子オーダ（０，１
ナノメートル）の分解能を必要とする計測制御に用いる
エンコーダに関するものである。
計測等における位置情報測定、特に原子オーダ（０，１
ナノメートル）の分解能を必要とする計測制御に用いる
エンコーダに関するものである。
（従来の技術〕
従来この種のエンコーダは、位置または角度に関する情
報を有する基準目盛とこれと相対的に移動して位置また
は角度に関する情報を検出する検出手段とで構成されて
いた。そして、この基準目盛と検出手段によっていくつ
かのタイプに分類され、例えば光学式エンコーダ、磁気
式エンコーダ、静電容量エンコーダ等があった。
報を有する基準目盛とこれと相対的に移動して位置また
は角度に関する情報を検出する検出手段とで構成されて
いた。そして、この基準目盛と検出手段によっていくつ
かのタイプに分類され、例えば光学式エンコーダ、磁気
式エンコーダ、静電容量エンコーダ等があった。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記に掲げた従来例において実用化され
てるもののうち最も高分解能を有する格子干渉光学式エ
ンコーダの性能（分解能）は主に格子ピッチで決められ
、これをいかに精度よく微小間隔で刻み、それを精度よ
く検出するかが重要な点である。現状の精密加工技術（
例えば、電子ビーム描画やイオンビーム加工）ではせい
ぜい１０ナノメートルの精度が限界であり、また検出技
術（例えば、光ヘテロダイン法）においても１０ナノメ
ートルの分解能が限界である。従って、半導体製造装置
等のため、より高分解能のエンコーダが必要な場合には
、その要求に応えることができなかった。
てるもののうち最も高分解能を有する格子干渉光学式エ
ンコーダの性能（分解能）は主に格子ピッチで決められ
、これをいかに精度よく微小間隔で刻み、それを精度よ
く検出するかが重要な点である。現状の精密加工技術（
例えば、電子ビーム描画やイオンビーム加工）ではせい
ぜい１０ナノメートルの精度が限界であり、また検出技
術（例えば、光ヘテロダイン法）においても１０ナノメ
ートルの分解能が限界である。従って、半導体製造装置
等のため、より高分解能のエンコーダが必要な場合には
、その要求に応えることができなかった。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
基準目盛の局所的欠陥、誤差や振動、温度ドリフト等の
外乱に対して安定で高精度のエンコーダを提供すること
にある。
基準目盛の局所的欠陥、誤差や振動、温度ドリフト等の
外乱に対して安定で高精度のエンコーダを提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段および作用）上記目的を
達成するため本発明のエンコーダは、長さに関する基準
となる導電性一次元基準目盛と、該基準目盛面に先端を
近づけて配置された導電性探針と、該基準目盛と探針と
の間に電圧を印加する手段と、該基準目盛と探針との間
に流れるトンネル電流を検出する手段と、該検出手段に
よって検出されたトンネル電流に基いて該基準目盛と探
針との相対変位量を検出する手段とを備えている。
達成するため本発明のエンコーダは、長さに関する基準
となる導電性一次元基準目盛と、該基準目盛面に先端を
近づけて配置された導電性探針と、該基準目盛と探針と
の間に電圧を印加する手段と、該基準目盛と探針との間
に流れるトンネル電流を検出する手段と、該検出手段に
よって検出されたトンネル電流に基いて該基準目盛と探
針との相対変位量を検出する手段とを備えている。
一次元基準目盛は、例えば、導電性基板および該基板上
の分子配向膜を用いたものを用いることができ、分子配
向膜としては、液晶分子配向膜、有機分子ラングミュア
ブロジェット膜のＪ会合体などが使える。
の分子配向膜を用いたものを用いることができ、分子配
向膜としては、液晶分子配向膜、有機分子ラングミュア
ブロジェット膜のＪ会合体などが使える。
さらに、一次元基準目盛としては、二種以上の導電性材
料を交互に積層したものを積層方向を含む平面で切断し
た面、あるいは目盛方向を違えた複数の一次元目盛から
成り、前記相対変位量検出手段が前記基準目盛と探針と
の二次元の相対変位量を検出するものも用いることがで
きる。
料を交互に積層したものを積層方向を含む平面で切断し
た面、あるいは目盛方向を違えた複数の一次元目盛から
成り、前記相対変位量検出手段が前記基準目盛と探針と
の二次元の相対変位量を検出するものも用いることがで
きる。
本発明は、二物体の相対変位量検知において特に、基板
上の配向分子や半導体超格子構造を一次元基準目盛とし
て用いるトンネル電流による変位量検知法によって、０
．１ナノメートルの分解能・精度を有し、基準目盛の局
所的欠陥、誤差や振動、温度ドリフト等の外乱に対して
安定なエンコーダを実現するものである。
上の配向分子や半導体超格子構造を一次元基準目盛とし
て用いるトンネル電流による変位量検知法によって、０
．１ナノメートルの分解能・精度を有し、基準目盛の局
所的欠陥、誤差や振動、温度ドリフト等の外乱に対して
安定なエンコーダを実現するものである。
トンネル電流を用いた変位量検知法は、後述の走査型ト
ンネル顕＠鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下ＳＴＭと略す）の原理を応
用したものである。ＳＴＭは、１ナノメートル程度の距
離まで近接させた導電性探針と導電性物質との間に電圧
を印加し、流れるトンネル電流を検知することにより導
電性物質の表面の形状や、電子分布状態に関する種々の
情報を横分解能０．１ナノメートル、数分解能０．０１
ナノメートルで得ることが可能である［Ｇ、Ｂ１ｎｎ１
ｇ ｅＬ ａｌ、、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、４９
（１９８２） ５７］。そこで、相対変化を生ずる二
つの物体に、それぞれ近接して対向させた探針と、基準
目盛を設け、電圧を印加して、トンネル電流を流し、そ
の際に二つの物体の相対変位によって、探針先端が基準
目盛を走査する際に生ずるトンネル電流の変化を検知す
ることより、相対変位量を検知することができる。した
がって本発明におけるように基準目盛として、例えばあ
る一次元方間に１ナノメートル間隔の周期的に基板上に
配向する分子を用いれば、１ナノメートルの相対変位検
知分解能となり、さらに位相分割による補間により、０
．１ナノメートルの分解能で測定が行なわれる。
ンネル顕＠鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、以下ＳＴＭと略す）の原理を応
用したものである。ＳＴＭは、１ナノメートル程度の距
離まで近接させた導電性探針と導電性物質との間に電圧
を印加し、流れるトンネル電流を検知することにより導
電性物質の表面の形状や、電子分布状態に関する種々の
情報を横分解能０．１ナノメートル、数分解能０．０１
ナノメートルで得ることが可能である［Ｇ、Ｂ１ｎｎ１
ｇ ｅＬ ａｌ、、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、４９
（１９８２） ５７］。そこで、相対変化を生ずる二
つの物体に、それぞれ近接して対向させた探針と、基準
目盛を設け、電圧を印加して、トンネル電流を流し、そ
の際に二つの物体の相対変位によって、探針先端が基準
目盛を走査する際に生ずるトンネル電流の変化を検知す
ることより、相対変位量を検知することができる。した
がって本発明におけるように基準目盛として、例えばあ
る一次元方間に１ナノメートル間隔の周期的に基板上に
配向する分子を用いれば、１ナノメートルの相対変位検
知分解能となり、さらに位相分割による補間により、０
．１ナノメートルの分解能で測定が行なわれる。
また、二次元の基準目盛を用いる場合には、目盛の取付
は誤差や、振動、温度ドリフト等の外乱によって、第９
図に示すような相対変位方向と目盛の釉との角度ずれΔ
θ（９Ｂ）、横ずれΔｙ（９Ｃ）が生じ、相対変位量の
検知誤差となるが、一次元の基準目盛では、検知誤差と
ならない。したがって本発明におけるように、二つの一
次元基準目盛を直交させて、−物体に設けることにより
、他物体に設けた二探針で二物体間のＸ・ｙ二方向、す
なわち二次元の相対変位検知が可能となる。
は誤差や、振動、温度ドリフト等の外乱によって、第９
図に示すような相対変位方向と目盛の釉との角度ずれΔ
θ（９Ｂ）、横ずれΔｙ（９Ｃ）が生じ、相対変位量の
検知誤差となるが、一次元の基準目盛では、検知誤差と
ならない。したがって本発明におけるように、二つの一
次元基準目盛を直交させて、−物体に設けることにより
、他物体に設けた二探針で二物体間のＸ・ｙ二方向、す
なわち二次元の相対変位検知が可能となる。
このような、一次元基準目盛として用いることのできる
物質の例としては、上述のように、■基板上における液
晶の配向分子、■有機分子のラングミュアブロジェット
膜におけるＪ会合体、■半導体における超格子構造があ
る。
物質の例としては、上述のように、■基板上における液
晶の配向分子、■有機分子のラングミュアブロジェット
膜におけるＪ会合体、■半導体における超格子構造があ
る。
第１図は、本発明の一実施例に係るエンコーダの構成図
、第２図および第３図は第１図の装置の各構成部分にお
いて得られる信号を示す。
、第２図および第３図は第１図の装置の各構成部分にお
いて得られる信号を示す。
第１図において、対象物１０１と対象物１０２は、相対
的に横方向（紙面的左右の方向）にのみ変位できるよう
に設置されており、対象物１０１には導、電性を有する
探針１０３が設けられ、対象物１０２には表面上に周期
Ｐの一次元周期構造物１０４を設けた導電性基板１０５
が一次元基準目盛として設けられている。探針１０３と
基板１０５の間には、バイアス電源１０６によってバイ
アス電圧が印加され、探針１０３の先端と基板上の一次
元周期構造物１０４とは、それらの間にトンネル電流１
０７が流れる程度まで（≦１ナノメートル）近づけられ
ている。
的に横方向（紙面的左右の方向）にのみ変位できるよう
に設置されており、対象物１０１には導、電性を有する
探針１０３が設けられ、対象物１０２には表面上に周期
Ｐの一次元周期構造物１０４を設けた導電性基板１０５
が一次元基準目盛として設けられている。探針１０３と
基板１０５の間には、バイアス電源１０６によってバイ
アス電圧が印加され、探針１０３の先端と基板上の一次
元周期構造物１０４とは、それらの間にトンネル電流１
０７が流れる程度まで（≦１ナノメートル）近づけられ
ている。
測定に際しては、トンネル電流１０７がトンネル電流検
出回路１０８によって検出される。そして、発振回路１
０９から出力される振動数ｆの三角波である探針振動駆
動信号２Ａ及び探針振動手段１１０によりて探針１０３
が対象物１０１と対象物１０２の相対変位方向に振動数
ｆ、振幅ｄで撮動される。この時の振動速度は、対象物
１０１と１０２の相対変位速度より十分大きく設定され
る。なお、探針１０３を振動させるかわりに、基板振動
手段を対象物１０２に設け、基板１０５を振動させるよ
うにしてもよい。
出回路１０８によって検出される。そして、発振回路１
０９から出力される振動数ｆの三角波である探針振動駆
動信号２Ａ及び探針振動手段１１０によりて探針１０３
が対象物１０１と対象物１０２の相対変位方向に振動数
ｆ、振幅ｄで撮動される。この時の振動速度は、対象物
１０１と１０２の相対変位速度より十分大きく設定され
る。なお、探針１０３を振動させるかわりに、基板振動
手段を対象物１０２に設け、基板１０５を振動させるよ
うにしてもよい。
さて、探針１０３の振動によって、探針１０３と基板上
周期構造物１０４との間を流れるトンネル電流１０７に
は、周期構造物１０４上を走査すｄ ることによる周波数□ｆの変調成分が重畳される。ここ
で、対象物１０１と対象物１０２が相対的に横方向に変
位すると、上記のトンネル電流ｄ １０７に重畳する周波数□ｆの変調成分が基準となる信
号（例えば、第２図の探針振動信号２Ａ）に対して位相
ずれを起す。このとき、信号の１周期（２πの位相ずれ
）が、周期構造物１０４の周期分の探針１０３と基板１
０５との横ずれに対応しているので、この位相ずれを検
知することにより、対象物１０１と対象物１０２の相対
的横方向変位量を検知することができる。この場合、周
期構造物１０４の構造の欠陥など基準口型の欠陥があっ
ても信号の波形が一部品れるだけで位相ずれには、影響
を与えにくいので、外乱による精度劣化をおこしにくい
。
周期構造物１０４との間を流れるトンネル電流１０７に
は、周期構造物１０４上を走査すｄ ることによる周波数□ｆの変調成分が重畳される。ここ
で、対象物１０１と対象物１０２が相対的に横方向に変
位すると、上記のトンネル電流ｄ １０７に重畳する周波数□ｆの変調成分が基準となる信
号（例えば、第２図の探針振動信号２Ａ）に対して位相
ずれを起す。このとき、信号の１周期（２πの位相ずれ
）が、周期構造物１０４の周期分の探針１０３と基板１
０５との横ずれに対応しているので、この位相ずれを検
知することにより、対象物１０１と対象物１０２の相対
的横方向変位量を検知することができる。この場合、周
期構造物１０４の構造の欠陥など基準口型の欠陥があっ
ても信号の波形が一部品れるだけで位相ずれには、影響
を与えにくいので、外乱による精度劣化をおこしにくい
。
以下、信号処理の方式について説明する。
ｄｆ
トンネル電流１０７に重畳する周波数□の変調成分をト
ンネル電流検出回路１０８およびフィルタによって取り
出し、トンネル電流変調信号ｄ ２Ｄを得る。ここで、−＝ ｎ （ｎは自然数）とρ なるように探針振動手段１１０に加える探針振動駆動信
号２Ａの振幅を調整して、トンネル電流変調信号２Ｄの
周波数をｎｆに一致させる。さらに、基準信号発生回路
１１１において、発振回路１０９からの振動数ｆの信号
の振動数をｎ逓倍した後、正弦波に波形変換した信号、
及びさらに位相をπ／２をずらした信号をそれぞれ動き
量基準信号２Ｂ、動き方向基準信号２Ｃとして出力する
。さらに、トンネル電流変調信号２Ｄと動き量基準信号
２Ｂとを位相比較回路１１２において位相比較し、動き
量位相比較信号２Ｅを得るとともに、トンネル電流変調
信号２Ｄと動き方向基準信号２Ｃとを位相比較回路１１
３において位相比較し、動き方向位相比較信号２Ｆを得
る。
ンネル電流検出回路１０８およびフィルタによって取り
出し、トンネル電流変調信号ｄ ２Ｄを得る。ここで、−＝ ｎ （ｎは自然数）とρ なるように探針振動手段１１０に加える探針振動駆動信
号２Ａの振幅を調整して、トンネル電流変調信号２Ｄの
周波数をｎｆに一致させる。さらに、基準信号発生回路
１１１において、発振回路１０９からの振動数ｆの信号
の振動数をｎ逓倍した後、正弦波に波形変換した信号、
及びさらに位相をπ／２をずらした信号をそれぞれ動き
量基準信号２Ｂ、動き方向基準信号２Ｃとして出力する
。さらに、トンネル電流変調信号２Ｄと動き量基準信号
２Ｂとを位相比較回路１１２において位相比較し、動き
量位相比較信号２Ｅを得るとともに、トンネル電流変調
信号２Ｄと動き方向基準信号２Ｃとを位相比較回路１１
３において位相比較し、動き方向位相比較信号２Ｆを得
る。
ここで、対象物１０１と対象物１０２が横方向に相対変
化すると、その相対変位二に応じて、勤き量位相比較信
号２Ｅ及び動き方向位相比較信号２Ｆはそれぞれ第３図
の信号３Ａ及び３Ｃに示したような変化をおこす。この
信号３Ａ、３Ｃを二値化して、それぞれ第３図に示すよ
うな動き量位相比較二値化信号３Ｂ及び動き方向位相比
較二値化信号３Ｄを得、これらを用いて、カウンタ１１
４において次のように相対変位量の検知を行なう。
化すると、その相対変位二に応じて、勤き量位相比較信
号２Ｅ及び動き方向位相比較信号２Ｆはそれぞれ第３図
の信号３Ａ及び３Ｃに示したような変化をおこす。この
信号３Ａ、３Ｃを二値化して、それぞれ第３図に示すよ
うな動き量位相比較二値化信号３Ｂ及び動き方向位相比
較二値化信号３Ｄを得、これらを用いて、カウンタ１１
４において次のように相対変位量の検知を行なう。
すなわち、動き量位相比較二値化信号３Ｂのパルス立ち
上がり点（３ｂ＋ 、３ｂ２．３ｂ、）において、動き
方向位相比較二値化信号３Ｄの符合が＋（プラス）であ
れば、カウンタ１１４はパルス数を加算し、逆に信号３
Ｂのパルス立ち上がり点（３ｂ４．３ｂｓ）において、
４８号３Ｄの符合が−（マイナス）であれば、カウンタ
１１４は、パルス数を減算し、第３図に示すような相対
変位量３Ｅを出力する。
上がり点（３ｂ＋ 、３ｂ２．３ｂ、）において、動き
方向位相比較二値化信号３Ｄの符合が＋（プラス）であ
れば、カウンタ１１４はパルス数を加算し、逆に信号３
Ｂのパルス立ち上がり点（３ｂ４．３ｂｓ）において、
４８号３Ｄの符合が−（マイナス）であれば、カウンタ
１１４は、パルス数を減算し、第３図に示すような相対
変位量３Ｅを出力する。
以上のようにして、カウンタ１１４における１パルスが
トンネル電流変調信号２Ｄにおける変調１周期分の位相
ずれ、すなわち周期構造物１０４の周期分（Ｐ）の対象
物１０１と１０２の相対変位量に対応する。したがって
、あらかじめ周期Ｐのわかっている基準目盛を用いれば
、対象物１０１と１０２の相対変位量を検知することが
できる。
トンネル電流変調信号２Ｄにおける変調１周期分の位相
ずれ、すなわち周期構造物１０４の周期分（Ｐ）の対象
物１０１と１０２の相対変位量に対応する。したがって
、あらかじめ周期Ｐのわかっている基準目盛を用いれば
、対象物１０１と１０２の相対変位量を検知することが
できる。
第４図は、本発明における一次元基準目盛に関する第１
の実施例を示す。
の実施例を示す。
ここでは、基準目盛として、グラファイト単結晶のへき
開面を基板４０１とし、表面上に例えば４−シアノ−４
’−ｎ−オクチルービフニニル等のスメクティック液晶
分子４０２を配向させたものを用いる。スメクティック
液晶分子４０２のグラファイト単結晶へき開面上におけ
る配向の形態は、同図に示すように、液晶分子４０２が
図中Ｘ方向に分子軸をそろえ（あるいはＸ方向に対して
一定の角度をなすように分子軸を傾け）、かつ、ｙ軸に
平行に、層状に配向する。−分子中に例えばｎ−アルキ
ル基のようなトンネル電流の流れにくい部位と、ビフェ
ニルのようなトンネル電流の流れやすい部位をもつもの
では、Ｘ方向に探針を走査する場合に、間を流れるトン
ネル電流が一分子中の部位に応じて大きく変調を受ける
。これに対して、Ｘ方向には、分子は互いに密接して配
向している場合は、Ｘ方向に探針を走査してもトンネル
電流はそれほど大きな変調を受けない。例えば、先に例
をあげた４−シアノ−４’−ｎ−才クチル−ビフェニル
の場合、Ｘ方向の眉間の間隔は、３ナノメートルである
。したがって、Ｘ方向に基準目盛として用いれば、３ナ
ノメートルピッチの一次元目盛となるので、エンコーダ
動作中に生じる探針１０３と基準目盛とのｙ方向横ずれ
やＸ方向微小角度ずれに対して、相対変化量検知エラー
を起こさない。このように、基板上で一次元目盛となる
ような配向の形態をとる液晶分子の化学溝道は、棒状で
あり、中央部にたとえば、２個以上の六員環が直結して
いるか、あるいは２個以上の六員環が主鎖の原子数が偶
数であるような結合子をはさんで結合しているような核
を持ち、その両端に末端基を持ったものである。六員環
には例えば、ベンゼン環、ヘテロ六員環、シクロヘキサ
ン環があり、結合子には例えば −Ｎ＝Ｎ−（１−ランス）、 −ＣＨ＝ＣＨ−（トランス）、−〇ａＣ−があり、末端
基には例えば、 −ＣＮ、−ＱＣ，Ｈ２，，１、”−Ｃｎ Ｈ２ｎ＋１、
−ＣＯＣｎ Ｈ２ｎｌ （ｎ＝ｏ、ｔ、２． ・＝）が
ある。本実施例に用いることができる液晶分子の具体例
として 範囲の温度まで熱することにより、昇華・蒸発させて、
基板表面に蒸着することにより得られる。
開面を基板４０１とし、表面上に例えば４−シアノ−４
’−ｎ−オクチルービフニニル等のスメクティック液晶
分子４０２を配向させたものを用いる。スメクティック
液晶分子４０２のグラファイト単結晶へき開面上におけ
る配向の形態は、同図に示すように、液晶分子４０２が
図中Ｘ方向に分子軸をそろえ（あるいはＸ方向に対して
一定の角度をなすように分子軸を傾け）、かつ、ｙ軸に
平行に、層状に配向する。−分子中に例えばｎ−アルキ
ル基のようなトンネル電流の流れにくい部位と、ビフェ
ニルのようなトンネル電流の流れやすい部位をもつもの
では、Ｘ方向に探針を走査する場合に、間を流れるトン
ネル電流が一分子中の部位に応じて大きく変調を受ける
。これに対して、Ｘ方向には、分子は互いに密接して配
向している場合は、Ｘ方向に探針を走査してもトンネル
電流はそれほど大きな変調を受けない。例えば、先に例
をあげた４−シアノ−４’−ｎ−才クチル−ビフェニル
の場合、Ｘ方向の眉間の間隔は、３ナノメートルである
。したがって、Ｘ方向に基準目盛として用いれば、３ナ
ノメートルピッチの一次元目盛となるので、エンコーダ
動作中に生じる探針１０３と基準目盛とのｙ方向横ずれ
やＸ方向微小角度ずれに対して、相対変化量検知エラー
を起こさない。このように、基板上で一次元目盛となる
ような配向の形態をとる液晶分子の化学溝道は、棒状で
あり、中央部にたとえば、２個以上の六員環が直結して
いるか、あるいは２個以上の六員環が主鎖の原子数が偶
数であるような結合子をはさんで結合しているような核
を持ち、その両端に末端基を持ったものである。六員環
には例えば、ベンゼン環、ヘテロ六員環、シクロヘキサ
ン環があり、結合子には例えば −Ｎ＝Ｎ−（１−ランス）、 −ＣＨ＝ＣＨ−（トランス）、−〇ａＣ−があり、末端
基には例えば、 −ＣＮ、−ＱＣ，Ｈ２，，１、”−Ｃｎ Ｈ２ｎ＋１、
−ＣＯＣｎ Ｈ２ｎｌ （ｎ＝ｏ、ｔ、２． ・＝）が
ある。本実施例に用いることができる液晶分子の具体例
として 範囲の温度まで熱することにより、昇華・蒸発させて、
基板表面に蒸着することにより得られる。
第５図は、本発明における一次元基準目盛に関する第２
の実施例を示す。
の実施例を示す。
この基準目盛はガラス平板５０１上の金蒸着膜５０２表
面を基板とし、表面上に例えば、シアニン系色素 等がある。
面を基板とし、表面上に例えば、シアニン系色素 等がある。
本実施例では、基板としてグラファイト単結晶へき開面
を用いた例を示したが、他にシリコン、ガリウムヒ素等
の導電性単結晶へき開面や、ガラス平板上の金、白金、
パラジウム、銀、アルミニウム等及びそれらの合金の蒸
着面等ナノメートルオーダーの平担性を有する導電性平
板であればよい。
を用いた例を示したが、他にシリコン、ガリウムヒ素等
の導電性単結晶へき開面や、ガラス平板上の金、白金、
パラジウム、銀、アルミニウム等及びそれらの合金の蒸
着面等ナノメートルオーダーの平担性を有する導電性平
板であればよい。
基板４０１上への液晶分子４０２の配向は、清浄な基板
表面上に、液晶を滴下（常温で固体の場合は熱溶融）し
て塗布するか、液晶を分解しないの単分子膜のＪ会合体
を配向させたものを基準目盛として用いる。色素単分子
１１ｉ Ｊ会合体の金蒸着’ｄ＠ ５０２表面上におけ
る配向の形態は、第５図に示すように、色素分子５０３
が図ではＸ方向に分子軸をそろえ、分子内のベンゼン環
を含む平面が金蒸着膜ｓ ０２表面に対して一定の角度
をなし、かつ、ｙ軸に平行に層状に配向する０例えば先
に例をあげたシアニン系色素の場合、Ｘ方向の層間の間
隔は０．３ナノメートルである。したがってＸ方向の基
準目盛として用いれば、０．３ナノメートルピッチの一
次元目盛となるので、エンコーダ動作中に生じる探針１
０３と基準目盛とのｙ方向槽ずれや、Ｘ方向微小角度ず
れに対して、相対変位量検知エラーを起こさない。この
ように基板上で一次元目盛となるようなＪ会合体の配向
形態をとる有機分子の化学構造は、平板状であり、分子
内分極により、−分子内に電気双極子を有している。こ
のような有機分子として、本実施例では、シアニン系色
素を用いた例を示したが、他の有機分子の具体例として
、 キナンテン系色素 スクアリリウム系色素 ○ 等がある。
表面上に、液晶を滴下（常温で固体の場合は熱溶融）し
て塗布するか、液晶を分解しないの単分子膜のＪ会合体
を配向させたものを基準目盛として用いる。色素単分子
１１ｉ Ｊ会合体の金蒸着’ｄ＠ ５０２表面上におけ
る配向の形態は、第５図に示すように、色素分子５０３
が図ではＸ方向に分子軸をそろえ、分子内のベンゼン環
を含む平面が金蒸着膜ｓ ０２表面に対して一定の角度
をなし、かつ、ｙ軸に平行に層状に配向する０例えば先
に例をあげたシアニン系色素の場合、Ｘ方向の層間の間
隔は０．３ナノメートルである。したがってＸ方向の基
準目盛として用いれば、０．３ナノメートルピッチの一
次元目盛となるので、エンコーダ動作中に生じる探針１
０３と基準目盛とのｙ方向槽ずれや、Ｘ方向微小角度ず
れに対して、相対変位量検知エラーを起こさない。この
ように基板上で一次元目盛となるようなＪ会合体の配向
形態をとる有機分子の化学構造は、平板状であり、分子
内分極により、−分子内に電気双極子を有している。こ
のような有機分子として、本実施例では、シアニン系色
素を用いた例を示したが、他の有機分子の具体例として
、 キナンテン系色素 スクアリリウム系色素 ○ 等がある。
本実施例では、基板として、ガラス平板５０１上の金蒸
着１１ｉ ５０２表面を用いた例を示したが、他に白金
、パラジウム、銀、アルミニウム等及びそれらの合金の
蒸着面や、グラファイト、シリコン、ガリウムヒ素等の
導電性単結晶へき開面等、ナノメートルオーダーの平坦
性を有する導電性平板であればよい。
着１１ｉ ５０２表面を用いた例を示したが、他に白金
、パラジウム、銀、アルミニウム等及びそれらの合金の
蒸着面や、グラファイト、シリコン、ガリウムヒ素等の
導電性単結晶へき開面等、ナノメートルオーダーの平坦
性を有する導電性平板であればよい。
基板上への単分子［Ｊ会合体の配向は、例えば、ラング
ミュアブロジェット（ＬＢ）法によって得られる。ＬＢ
法は、−分子中に親水性部位と疎水性部位とを有する有
機物質を水面上に展開し、適当な表面圧を加えることに
より、水面上に有機物質の単分子膜を生成し、それを基
板にすくい取ることにより、基板上に単分子膜およびそ
れの累積膜を形成するものである。ＬＢ法によって基板
上にすくい取った本実施例のシアニン系色素分子の単分
子膜は、それ自身で１００ナノメートル程度のＪ会合体
のグレインを形成しているが、熱的にアニーリングを施
すことにより、グレインサイズを１０マイクロメートル
程度まで大きくすることができる。
ミュアブロジェット（ＬＢ）法によって得られる。ＬＢ
法は、−分子中に親水性部位と疎水性部位とを有する有
機物質を水面上に展開し、適当な表面圧を加えることに
より、水面上に有機物質の単分子膜を生成し、それを基
板にすくい取ることにより、基板上に単分子膜およびそ
れの累積膜を形成するものである。ＬＢ法によって基板
上にすくい取った本実施例のシアニン系色素分子の単分
子膜は、それ自身で１００ナノメートル程度のＪ会合体
のグレインを形成しているが、熱的にアニーリングを施
すことにより、グレインサイズを１０マイクロメートル
程度まで大きくすることができる。
第６図は本発明における一次元基準目盛に関する第３の
実施例を示す。基準目盛として、インジウム・リン車結
晶の（１００）へき開面上に、ガリウム・インジウム・
ヒ素層６０１およびインジウム・リン層６０２を膜厚５
ナノメートルで交互に数百周期成長させ、成長方向を含
む（１１０）面でへき開した面を用いる。へき開面ば、
平坦な構造であるが、ガリウム・インジウム・ヒ素層６
０１のへき開面露出面とインジウム・リン層６０２のへ
き開面露出面とでは、電子分布状態の構造が異なり、両
層６０１，６０２と探針１０３との間隔が同じであって
も流れるトンネル電流の値が異なるため、図中、Ｘ方向
に膜厚の二倍（本実施例の場合は、１０ナノメートル）
の周期を持つ一次元基準目盛として用いることができる
。このような超格子構造の例としては、他にガリウム・
ヒ素／アルミニウム・ガリウム・ヒ素やインジウム・ガ
リウム・ヒ素／インジウム・アルミニウム・ガリウム・
ヒ素等半導体や金属の多元系の組み合わせがある。
実施例を示す。基準目盛として、インジウム・リン車結
晶の（１００）へき開面上に、ガリウム・インジウム・
ヒ素層６０１およびインジウム・リン層６０２を膜厚５
ナノメートルで交互に数百周期成長させ、成長方向を含
む（１１０）面でへき開した面を用いる。へき開面ば、
平坦な構造であるが、ガリウム・インジウム・ヒ素層６
０１のへき開面露出面とインジウム・リン層６０２のへ
き開面露出面とでは、電子分布状態の構造が異なり、両
層６０１，６０２と探針１０３との間隔が同じであって
も流れるトンネル電流の値が異なるため、図中、Ｘ方向
に膜厚の二倍（本実施例の場合は、１０ナノメートル）
の周期を持つ一次元基準目盛として用いることができる
。このような超格子構造の例としては、他にガリウム・
ヒ素／アルミニウム・ガリウム・ヒ素やインジウム・ガ
リウム・ヒ素／インジウム・アルミニウム・ガリウム・
ヒ素等半導体や金属の多元系の組み合わせがある。
（発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、二物体の相対変位
量検知を行なうエンコーダにおいて二物体の一方に探針
を設け、他方に基板上の配向液晶分子や有機分子ラング
ミュアブロジェット膜のＪ会合体、半導体超格子構造な
どを一次元の基準目盛として設け、探針の先端と基準目
盛の間隔が１ナノメートル以下になるように近接配置し
て、両者の間にトンネル電流を流し、二物体の相対変位
により生じるトンネル電流の変化を検知することにより
、相対変位量検知分解能０．１ナノメートルを有し、基
準目盛の局所的欠陥、誤差や振動、温度ドリフト等の外
乱に対して安定となる効果がある。
量検知を行なうエンコーダにおいて二物体の一方に探針
を設け、他方に基板上の配向液晶分子や有機分子ラング
ミュアブロジェット膜のＪ会合体、半導体超格子構造な
どを一次元の基準目盛として設け、探針の先端と基準目
盛の間隔が１ナノメートル以下になるように近接配置し
て、両者の間にトンネル電流を流し、二物体の相対変位
により生じるトンネル電流の変化を検知することにより
、相対変位量検知分解能０．１ナノメートルを有し、基
準目盛の局所的欠陥、誤差や振動、温度ドリフト等の外
乱に対して安定となる効果がある。
第１図は、本発明の実施例に係る一次元基準目盛を用い
たトンネル電流検知によるエンコーダの構成図、 第２図、第３図は、第１図の各構成部分において得られ
る信号を表わす波形図、 第４図は、一次元基準目盛の第１の実施例に係る配向液
晶分子を表わす模式図、 第５図は、一次元基準目盛の第２の実施例に係る色素分
子ラングミュア−プロジェット膜のＪ会合体を表わす模
式図、 第６図は、一次元基準目盛の第３の実施例に係る半導体
超格子構造を表わす模式図、 第７図、第８図は、従来形の平行ｇ’＃Ｊ 量検出装置
を表わす模式図およびブロック図、そして第９図は、二
次元目盛を用いる場合に生じる検知誤差を表わす説明図
である。 １０１：対象物、１０２；対象物、１０３：探針、−１
０４ニー次元周期構造物、１０５：基板、１０６：バイ
アス電源、１０７：トンネル電流、１０８：トンネル電
流検出回路、１０９：発振回路、１１０：探針振動手段
、１１１：基準信号発生回路、１１２：位相比較回路、
１１３：位相比較回路、１１４：カウンタ、４０１：グ
ラファイト基板、４０２：液晶分子、５０１；ガラス平
板、５０２：金蒸着膜、５０３；色素分子、６０１：ガ
リウム・インジウム・ヒ素層、６０２：インジウム・リ
ン層、７０１：電極針、７０２単結晶。 特許出願人 キャノン株式会社
たトンネル電流検知によるエンコーダの構成図、 第２図、第３図は、第１図の各構成部分において得られ
る信号を表わす波形図、 第４図は、一次元基準目盛の第１の実施例に係る配向液
晶分子を表わす模式図、 第５図は、一次元基準目盛の第２の実施例に係る色素分
子ラングミュア−プロジェット膜のＪ会合体を表わす模
式図、 第６図は、一次元基準目盛の第３の実施例に係る半導体
超格子構造を表わす模式図、 第７図、第８図は、従来形の平行ｇ’＃Ｊ 量検出装置
を表わす模式図およびブロック図、そして第９図は、二
次元目盛を用いる場合に生じる検知誤差を表わす説明図
である。 １０１：対象物、１０２；対象物、１０３：探針、−１
０４ニー次元周期構造物、１０５：基板、１０６：バイ
アス電源、１０７：トンネル電流、１０８：トンネル電
流検出回路、１０９：発振回路、１１０：探針振動手段
、１１１：基準信号発生回路、１１２：位相比較回路、
１１３：位相比較回路、１１４：カウンタ、４０１：グ
ラファイト基板、４０２：液晶分子、５０１；ガラス平
板、５０２：金蒸着膜、５０３；色素分子、６０１：ガ
リウム・インジウム・ヒ素層、６０２：インジウム・リ
ン層、７０１：電極針、７０２単結晶。 特許出願人 キャノン株式会社
Claims (6)
- （１）長さに関する基準となる導電性一次元基準目盛と
、該基準目盛面に先端を近づけて配置された導電性探針
と、該基準目盛と探針との間に電圧を印加する手段と、
該基準目盛と探針との間に流れるトンネル電流を検出す
る手段と、該検出手段によって検出されたトンネル電流
に基いて該基準目盛と探針との相対変位量を検出する手
段と、を具備することを特徴とするエンコーダ。 - （２）前記一次元基準目盛が、導電性基板および該基板
上の分子配向膜から成ることを特徴とする請求項１記載
のエンコーダ。 - （３）前記分子配向膜が、液晶分子配向膜であることを
特徴とする請求項２記載のエンコーダ。 - （４）前記分子配向膜が、有機分子ラングミュアブロジ
ェット膜のＪ会合体であることを特徴とする請求項２記
載のエンコーダ。 - （５）前記一次元基準目盛が、二種以上の導電性材料を
交互に積層したものを積層方向を含む平面で切断した面
であることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。 - （６）前記一次元基準目盛が、目盛方向を違えた複数の
一次元目盛から成り、前記相対変位量検出手段が前記基
準目盛と探針との二次元の相対変位量を検出するもので
あることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項
記載のエンコーダ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1105889A JP2775464B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 位置検出装置 |
| DE69017759T DE69017759T2 (de) | 1989-04-27 | 1990-04-26 | Verschiebungsdetektor unter Verwendung eines Tunnel-Abtast-Mikroskops. |
| EP90107928A EP0403766B1 (en) | 1989-04-27 | 1990-04-26 | Scanning tunnelling microscope displacement detector |
| US07/515,872 US5150035A (en) | 1989-04-27 | 1990-04-27 | Encoder having atomic or molecular structure reference scale |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1105889A JP2775464B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02285213A true JPH02285213A (ja) | 1990-11-22 |
| JP2775464B2 JP2775464B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=14419488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1105889A Expired - Fee Related JP2775464B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 位置検出装置 |
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| EP (1) | EP0403766B1 (ja) |
| JP (1) | JP2775464B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017759T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| EP0304893B1 (en) * | 1987-08-25 | 1995-07-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder |
| JP2761801B2 (ja) * | 1990-10-04 | 1998-06-04 | キヤノン株式会社 | 角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダ |
| JP3126409B2 (ja) * | 1991-06-05 | 2001-01-22 | キヤノン株式会社 | 情報記録再生方法 |
| US5329122A (en) * | 1991-08-29 | 1994-07-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Information processing apparatus and scanning tunnel microscope |
| DE69228103T2 (de) * | 1991-10-15 | 1999-07-15 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Informationsverarbeitungsgerät mit Spurausrichtungsmechanismus |
| US5770856A (en) * | 1993-07-22 | 1998-06-23 | British Technology Group Ltd | Near field sensor with cantilever and tip containing optical path for an evanescent wave |
| JP2983876B2 (ja) * | 1994-03-22 | 1999-11-29 | 徹雄 大原 | リアルタイムかつナノメータスケールの位置測定方法および装置 |
| JP3698749B2 (ja) * | 1995-01-11 | 2005-09-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 液晶セルの作製方法およびその作製装置、液晶セルの生産システム |
| JP3610108B2 (ja) * | 1995-01-13 | 2005-01-12 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置 |
| US6266581B1 (en) * | 1996-05-10 | 2001-07-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Spatial RAM for high precision data acquisition systems |
| US6838889B2 (en) * | 2001-01-17 | 2005-01-04 | Veeco Instruments Inc. | Method and apparatus for reducing the parachuting of a probe |
| GB2401934A (en) * | 2003-02-18 | 2004-11-24 | Univ Cardiff | Measurement technique and system based on sub-nano-scale reference patterns |
| TWI255256B (en) * | 2003-12-25 | 2006-05-21 | Ind Tech Res Inst | Method and apparatus for oxidizing a nitride film |
| JP4276270B2 (ja) * | 2007-02-20 | 2009-06-10 | ファナック株式会社 | 接触検知によるワークの基準位置設定機能を有する工作機械 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62209302A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-14 | Shimadzu Corp | 平行移動量検出装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4674436A (en) * | 1984-04-19 | 1987-06-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Film forming apparatus |
| US4785762A (en) * | 1984-04-19 | 1988-11-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus for forming film |
| US4840821A (en) * | 1985-05-27 | 1989-06-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of and apparatus for forming film |
| US4835083A (en) * | 1986-04-16 | 1989-05-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for patterning electroconductive film and patterned electroconductive film |
| EP0304893B1 (en) * | 1987-08-25 | 1995-07-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Encoder |
| CA1312952C (en) * | 1987-09-24 | 1993-01-19 | Hisaaki Kawade | Microprobe, preparation thereof and electronic device by use of said microprobe |
| DE3853155T2 (de) * | 1987-10-09 | 1995-06-14 | Hitachi Ltd | Rastertunnelmikroskop mit einer Vorrichtung zum Berichtigen von Oberflächendaten. |
| JP2760508B2 (ja) * | 1988-06-23 | 1998-06-04 | 工業技術院長 | 走査型トンネル顕微鏡 |
| US5019707A (en) * | 1989-03-23 | 1991-05-28 | International Business Machines Corporation | High speed waveform sampling with a tunneling microscope |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP1105889A patent/JP2775464B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-04-26 EP EP90107928A patent/EP0403766B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-26 DE DE69017759T patent/DE69017759T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-04-27 US US07/515,872 patent/US5150035A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62209302A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-14 | Shimadzu Corp | 平行移動量検出装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69017759T2 (de) | 1995-10-05 |
| JP2775464B2 (ja) | 1998-07-16 |
| EP0403766A3 (en) | 1993-01-13 |
| DE69017759D1 (de) | 1995-04-20 |
| US5150035A (en) | 1992-09-22 |
| EP0403766A2 (en) | 1990-12-27 |
| EP0403766B1 (en) | 1995-03-15 |
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