JPH07113809A - 二重たわみ部材キャリッジ - Google Patents
二重たわみ部材キャリッジInfo
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- JPH07113809A JPH07113809A JP5234466A JP23446693A JPH07113809A JP H07113809 A JPH07113809 A JP H07113809A JP 5234466 A JP5234466 A JP 5234466A JP 23446693 A JP23446693 A JP 23446693A JP H07113809 A JPH07113809 A JP H07113809A
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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]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
- B23Q1/36—Springs
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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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
-
- G—PHYSICS
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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- G01Q70/02—Probe holders
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Abstract
(57)【要約】
【目的】極めて平坦な、高度に線形の直交運動を可能に
する走査プローブ・キャリッジを提供する。 【構成】走査プローブ・キャリッジは、基部と、中間キ
ャリッジと、内部キャリッジを有する一体的な二重の構
造のたわみ部材キャリッジよりなる。一組の第一のたわ
み部材は、中間キャリッジが第一のたわみ部材によって
基部の上に支持されるように基部と中間キャリッジの間
に配置される。一組の第二のたわみ部材は、内部キャリ
ッジが第二のたわみ部材によって支持され、しかも中間
キャリッジの下に吊されるように中間キャリッジと内部
キャリッジの間に配置される。走査プローブ・キャリッ
ジはさらに走査プローブが受け入れられる面を提供す
る。
する走査プローブ・キャリッジを提供する。 【構成】走査プローブ・キャリッジは、基部と、中間キ
ャリッジと、内部キャリッジを有する一体的な二重の構
造のたわみ部材キャリッジよりなる。一組の第一のたわ
み部材は、中間キャリッジが第一のたわみ部材によって
基部の上に支持されるように基部と中間キャリッジの間
に配置される。一組の第二のたわみ部材は、内部キャリ
ッジが第二のたわみ部材によって支持され、しかも中間
キャリッジの下に吊されるように中間キャリッジと内部
キャリッジの間に配置される。走査プローブ・キャリッ
ジはさらに走査プローブが受け入れられる面を提供す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ターゲット表面にわた
って走査プローブ・キャリッジを極めて安定した、ナノ
メータの精度で二次元的な変位をもたらす走査装置に関
する。本発明は、一定のチップ対ターゲット表面間ギャ
ップを維持し、さらに平坦性と熱補償およびドリフト補
償を提供する精確な変位を行わせる装置を提供する。
って走査プローブ・キャリッジを極めて安定した、ナノ
メータの精度で二次元的な変位をもたらす走査装置に関
する。本発明は、一定のチップ対ターゲット表面間ギャ
ップを維持し、さらに平坦性と熱補償およびドリフト補
償を提供する精確な変位を行わせる装置を提供する。
【従来の技術】走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、表面
の輪郭(contour)についての高解像度の情報を提供する
装置である。ターゲット表面にわたって感知プローブを
ラスター走査する手順に応答して，ターゲット表面の輪
郭を決定するために、感知プローブが垂直に移動され
る。ＳＰＭ装置の例としては、プローブとターゲット表
面の間のギャップすなわち距離を一定に維持するため
に、原子、電位、磁気、容量もしくは化学ポテンシャル
のような引力の相互作用を利用するものがある。幾つか
のタイプのＳＰＭは個々の原子を結像させる能力を有す
る。
の輪郭(contour)についての高解像度の情報を提供する
装置である。ターゲット表面にわたって感知プローブを
ラスター走査する手順に応答して，ターゲット表面の輪
郭を決定するために、感知プローブが垂直に移動され
る。ＳＰＭ装置の例としては、プローブとターゲット表
面の間のギャップすなわち距離を一定に維持するため
に、原子、電位、磁気、容量もしくは化学ポテンシャル
のような引力の相互作用を利用するものがある。幾つか
のタイプのＳＰＭは個々の原子を結像させる能力を有す
る。
【０００２】表面輪郭の結像だけではなく、数オングス
トロームないし数百ミクロンの範囲の細部の多様な物理
的、化学的な特性を測定するためにもＳＰＭを用いるこ
とができる。このような応用例において、どの他のタイ
プの装置によっても得られない横方向および垂直方向の
解像度をＳＰＭによって提供することができる。応用例
としては、トランジスタ、シリコン・チップ、デイスク
表面、結晶、セルなどの輪郭特性の結像ないしは測定が
ある。
トロームないし数百ミクロンの範囲の細部の多様な物理
的、化学的な特性を測定するためにもＳＰＭを用いるこ
とができる。このような応用例において、どの他のタイ
プの装置によっても得られない横方向および垂直方向の
解像度をＳＰＭによって提供することができる。応用例
としては、トランジスタ、シリコン・チップ、デイスク
表面、結晶、セルなどの輪郭特性の結像ないしは測定が
ある。
【０００３】表面輪郭に関する高解像度情報を提供する
ために、ＳＰＭに関する変数としては、走査プローブの
有効寸法、ターゲット表面上の走査プローブの配置の仕
方および走査装置それ自体の精度などが含まれる。
ために、ＳＰＭに関する変数としては、走査プローブの
有効寸法、ターゲット表面上の走査プローブの配置の仕
方および走査装置それ自体の精度などが含まれる。
【０００４】ターゲット表面上への走査プローブの配置
は、１ないし２原子あるいは数十オングストローム程度
の距離にすべきである。さらにその配置は非接触法を用
いるのが好ましい。
は、１ないし２原子あるいは数十オングストローム程度
の距離にすべきである。さらにその配置は非接触法を用
いるのが好ましい。
【０００５】通常、走査プローブ顕微鏡は、微調整の機
能を有するピエゾ電気付勢手段によってｘ、ｙ方向に移
動できるキャリッジを用いる。理論的にはその装置はキ
ャリッジの精密な変位を可能にするが、所望の変位が小
さければ小さいほど操作が困難になる。これは、機構に
おける不可避的な反動によるものであり、また突然の、
誇張された運動によって生じる支持台の自然摩擦のゆえ
に生じるものである。さらに、ピエゾ電気素子は履歴、
クリープ(creep)および非線型運動などの好ましくない
特性を有する。
能を有するピエゾ電気付勢手段によってｘ、ｙ方向に移
動できるキャリッジを用いる。理論的にはその装置はキ
ャリッジの精密な変位を可能にするが、所望の変位が小
さければ小さいほど操作が困難になる。これは、機構に
おける不可避的な反動によるものであり、また突然の、
誇張された運動によって生じる支持台の自然摩擦のゆえ
に生じるものである。さらに、ピエゾ電気素子は履歴、
クリープ(creep)および非線型運動などの好ましくない
特性を有する。
【０００６】更に、走査を行う場合に、キャリッジを単
一の面において独立して動かすことが望ましい。更に具
体的には、表面マイクロトポグラフィー（microtopogra
phy)を測定する場合に、ある表面領域を正確に調査する
ためには、ターゲット表面にわたって走査チップを移動
するために用いるキャリッジは平坦な運動（すなわち単
一面内の移動）ができなければならない。大面積のオン
グストローム・レベルの垂直測定には、平坦性がキイに
なる。なぜならば、キャリッジの垂直変動は、表面輪郭
の測定（垂直測定にも影響する）とは切り離しては考え
られないし、ノイズ・レベルに影響する要素からも切り
離しては考えられないからである。一つの例として、平
坦でないキャリッジの運動は外見上の表面輪郭の異常状
態を呈し，よって走査手順の精度および走査の結果の完
全性を劣化せしめるような運動である。他の例として、
平坦でないキャリッジの運動は走査の結果のノイズ・レ
ベルに相当大きな成分を加味する。たわみ装置もしくは
ヒンジを用いることによって、通常は非可とう性の材料
からなる部材における運動ないし変位が可能になる。た
わみ部材における切除部ないし凹部が、所望のたわみ力
を提供しうる、十分に薄い薄板でもって隔てられる。そ
の一実施例が、たとえば、米国特許４，５５９，７１７
に開示されている。しかしながら、その実施例はただ一
方向のみに移動する面内たわみ装置であって、よって、
走査には適していないものである。
一の面において独立して動かすことが望ましい。更に具
体的には、表面マイクロトポグラフィー（microtopogra
phy)を測定する場合に、ある表面領域を正確に調査する
ためには、ターゲット表面にわたって走査チップを移動
するために用いるキャリッジは平坦な運動（すなわち単
一面内の移動）ができなければならない。大面積のオン
グストローム・レベルの垂直測定には、平坦性がキイに
なる。なぜならば、キャリッジの垂直変動は、表面輪郭
の測定（垂直測定にも影響する）とは切り離しては考え
られないし、ノイズ・レベルに影響する要素からも切り
離しては考えられないからである。一つの例として、平
坦でないキャリッジの運動は外見上の表面輪郭の異常状
態を呈し，よって走査手順の精度および走査の結果の完
全性を劣化せしめるような運動である。他の例として、
平坦でないキャリッジの運動は走査の結果のノイズ・レ
ベルに相当大きな成分を加味する。たわみ装置もしくは
ヒンジを用いることによって、通常は非可とう性の材料
からなる部材における運動ないし変位が可能になる。た
わみ部材における切除部ないし凹部が、所望のたわみ力
を提供しうる、十分に薄い薄板でもって隔てられる。そ
の一実施例が、たとえば、米国特許４，５５９，７１７
に開示されている。しかしながら、その実施例はただ一
方向のみに移動する面内たわみ装置であって、よって、
走査には適していないものである。
【０００７】更に、チップ対ターゲット表面ギャップに
おける引力測定を行う場合、熱的クリープが問題とな
る。熱的クリープは、温度変化によって生じるプローブ
・チップに対するサンプルの相対移動に関係する。それ
は、線形的ないしは単調なものである必要のない、従っ
て、前処理法によって十分に修正することができない時
間依存関数である。熱的クリープは、熱膨脹係数、熱的
グラジェントの大きさおよびその印加、材料の形状、材
料の熱容量などの多数のパラメータの関数である。上記
のパラメータの任意の一つもしくは組み合わせを用いる
ことによって、チップ対ターゲット表面間ギャップが熱
的クリープによって変動する（したがって、走査結果の
精度が劣化しうる）につれて、走査手順の完全性を呈せ
しめることができる。
おける引力測定を行う場合、熱的クリープが問題とな
る。熱的クリープは、温度変化によって生じるプローブ
・チップに対するサンプルの相対移動に関係する。それ
は、線形的ないしは単調なものである必要のない、従っ
て、前処理法によって十分に修正することができない時
間依存関数である。熱的クリープは、熱膨脹係数、熱的
グラジェントの大きさおよびその印加、材料の形状、材
料の熱容量などの多数のパラメータの関数である。上記
のパラメータの任意の一つもしくは組み合わせを用いる
ことによって、チップ対ターゲット表面間ギャップが熱
的クリープによって変動する（したがって、走査結果の
精度が劣化しうる）につれて、走査手順の完全性を呈せ
しめることができる。
【０００８】新規な顕微鏡の開発に置ける解像度と電子
回路製造に置ける要件が数桁高くなったと言う事実にか
んがみ、従来技術における不利点を回避する新規な位置
付け装置を設計することが必要になった。
回路製造に置ける要件が数桁高くなったと言う事実にか
んがみ、従来技術における不利点を回避する新規な位置
付け装置を設計することが必要になった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は極めて
平坦な、高度に線形の直交運動を行う走査プローブ顕微
鏡走査装置を提供することである。
平坦な、高度に線形の直交運動を行う走査プローブ顕微
鏡走査装置を提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、自然な熱的安定性を
呈する走査プローブ・キャリッジ手段を有する走査プロ
ーブ顕微鏡走査装置を提供することである。
呈する走査プローブ・キャリッジ手段を有する走査プロ
ーブ顕微鏡走査装置を提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、いずれかの軸に沿っ
て独立に選択的かつ制御された変位を行うことができる
とともに、第三の軸に沿って熱補償及び平坦性補償を提
供する２軸型の装置キャリッジを提供することである。
て独立に選択的かつ制御された変位を行うことができる
とともに、第三の軸に沿って熱補償及び平坦性補償を提
供する２軸型の装置キャリッジを提供することである。
【００１２】本発明の他の目的は、３次元的に制御され
たたわみ手段の運動を提供する、走査プローブ・キャリ
ッジ装置を提供することである。
たたわみ手段の運動を提供する、走査プローブ・キャリ
ッジ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ターゲット表
面の上を感知プローブでもって走査するための装置を提
供する。感知プローブは所定の間隙を置いてターゲット
表面上に配置されそして維持される、一端において一体
的に形成されるか取付けられるマイクロミニチュア・チ
ップからなる。
面の上を感知プローブでもって走査するための装置を提
供する。感知プローブは所定の間隙を置いてターゲット
表面上に配置されそして維持される、一端において一体
的に形成されるか取付けられるマイクロミニチュア・チ
ップからなる。
【００１４】本発明の一つの実施例において、走査プロ
ーブ・キャリッジは、基部と、中間キャリッジ部、内部
キャリッジを有する一体的な二重構造のたわみ部材（qu
ad flexure) キャリッジよりなる。一組の第一のたわみ
部材は、中間キャリッジが第一のたわみ部材によって基
部の上に支持されるように基部と中間キャリッジの間に
配置される。一組の第二のたわみ部材は、内部キャリッ
ジが第二のたわみ部材によって支持され、しかも中間キ
ャリッジの下に吊されるように中間キャリッジと内部キ
ャリッジの間に配置される。走査プローブ・キャリッジ
はさらに走査プローブが受け入れられる表面を提供す
る。
ーブ・キャリッジは、基部と、中間キャリッジ部、内部
キャリッジを有する一体的な二重構造のたわみ部材（qu
ad flexure) キャリッジよりなる。一組の第一のたわみ
部材は、中間キャリッジが第一のたわみ部材によって基
部の上に支持されるように基部と中間キャリッジの間に
配置される。一組の第二のたわみ部材は、内部キャリッ
ジが第二のたわみ部材によって支持され、しかも中間キ
ャリッジの下に吊されるように中間キャリッジと内部キ
ャリッジの間に配置される。走査プローブ・キャリッジ
はさらに走査プローブが受け入れられる表面を提供す
る。
【００１５】さらに本発明の実施例は、フレーム上に配
置され、ピエゾ付勢手段と圧縮状態にあるばね部材の間
に配置される走査プローブ・キャリッジを包含する。各
々のピエゾ付勢手段は走査プローブ・キャリッジの一方
の側と支持ブロックとの間に配置される。くわえて、各
々のばね部材はその第一端部においてピエゾ付勢手段の
端部に対向して走査プローブ・キャリッジの側部に配置
される。さらに、ばね部材の第二の端部において、フレ
ームに対する支持手段が設けられる。
置され、ピエゾ付勢手段と圧縮状態にあるばね部材の間
に配置される走査プローブ・キャリッジを包含する。各
々のピエゾ付勢手段は走査プローブ・キャリッジの一方
の側と支持ブロックとの間に配置される。くわえて、各
々のばね部材はその第一端部においてピエゾ付勢手段の
端部に対向して走査プローブ・キャリッジの側部に配置
される。さらに、ばね部材の第二の端部において、フレ
ームに対する支持手段が設けられる。
【００１６】直線性、熱ドリフト補償および平坦性は顕
微鏡技術において非常に重要である。なぜなら、それら
の各々は、走査チップをターゲット表面の上に維持した
状態で実施されるべき測定の精度を改良するものである
からである。
微鏡技術において非常に重要である。なぜなら、それら
の各々は、走査チップをターゲット表面の上に維持した
状態で実施されるべき測定の精度を改良するものである
からである。
【００１７】
【実施例】図１の組立体は走査プローブ顕微鏡の内部に
おいて用いられるものである。それは、二重たわみ部材
キャリッジ１２が取付けられる基準表面を提供するフレ
ーム１０を含む。二重たわみ部材キャリッジ１２は図示
されない走査プローブを受け入れ，ＸもしくはＹ方向に
フレーム１０に関して走査プローブ・チップを移動させ
る表面を提供する。
おいて用いられるものである。それは、二重たわみ部材
キャリッジ１２が取付けられる基準表面を提供するフレ
ーム１０を含む。二重たわみ部材キャリッジ１２は図示
されない走査プローブを受け入れ，ＸもしくはＹ方向に
フレーム１０に関して走査プローブ・チップを移動させ
る表面を提供する。
【００１８】一対のピエゾ付勢手段１４（例えば、Quee
ngate Instrument社製のＤＰＴＣ）は、手段１４の一端
が二重たわみ部材キャリッジ１２の側部を支えるよう
に、二重たわみ部材キャリッジ１２の隣接側部にとりつ
けられる。各々のピエゾ付勢手段１４の第二の端部はフ
レーム１０に取付けられた支持ブロック１６に取付けら
れる。その付勢手段は精密ピエゾ付勢手段とフル・レン
ジ＋／− ０．１５％の運動直線性を生じる容量ポジシ
ョン・フィードバック感知手段を組み合わせた市販の装
置を用いてもよい。好適な実施例において、ピエゾ付勢
手段１４の第一の端部と二重たわみ部材キャリッジ１２
のそれぞれの側部との間およびピエゾ付勢手段１４の第
二の端部とそれぞれの支持ブロック１６との間に１次元
（１Ｄ）たわみ部材１７が配置される。１次元たわみ部
材の特性および機構については、たとえば米国特許４，
６６７，４１５に開示されている。好適な実施例におい
ては、ピエゾ付勢手段１４の第二端部と１Ｄたわみ部材
１７との間に介在する担持部材１８が用いられる。この
実施例において、１Ｄたわみ部材によって、たわみ線(f
lexure line)に沿って摩擦のない微小な回転が可能とな
る。一対のばね部材２０が二重たわみ部材キャリッジ１
２のピエゾ付勢手段１４と対向する隣接側面にとりつけ
られる。すなわち、各ばね部材２０の第一の端部が二重
たわみ部材キャリッジ１２の一側面に対して当接され，
第二の端部がブロック１６ないしは同様の手段によって
フレーム１０に固定される。よって、各ばね部材２０
は、二重たわみ部材キャリッジ１２をピエゾ付勢手段に
押しつけ、組立体全体を圧縮されるような状態に維持す
る。本発明の一好適実施例においては、この圧縮力は、
ピエゾ付勢手段１４、キャリッジ１２、ばね部材２０、
支持手段によってほぼ、９．０７Ｋｇ（２０ ｌｂ
ｓ．）の圧力に維持される。
ngate Instrument社製のＤＰＴＣ）は、手段１４の一端
が二重たわみ部材キャリッジ１２の側部を支えるよう
に、二重たわみ部材キャリッジ１２の隣接側部にとりつ
けられる。各々のピエゾ付勢手段１４の第二の端部はフ
レーム１０に取付けられた支持ブロック１６に取付けら
れる。その付勢手段は精密ピエゾ付勢手段とフル・レン
ジ＋／− ０．１５％の運動直線性を生じる容量ポジシ
ョン・フィードバック感知手段を組み合わせた市販の装
置を用いてもよい。好適な実施例において、ピエゾ付勢
手段１４の第一の端部と二重たわみ部材キャリッジ１２
のそれぞれの側部との間およびピエゾ付勢手段１４の第
二の端部とそれぞれの支持ブロック１６との間に１次元
（１Ｄ）たわみ部材１７が配置される。１次元たわみ部
材の特性および機構については、たとえば米国特許４，
６６７，４１５に開示されている。好適な実施例におい
ては、ピエゾ付勢手段１４の第二端部と１Ｄたわみ部材
１７との間に介在する担持部材１８が用いられる。この
実施例において、１Ｄたわみ部材によって、たわみ線(f
lexure line)に沿って摩擦のない微小な回転が可能とな
る。一対のばね部材２０が二重たわみ部材キャリッジ１
２のピエゾ付勢手段１４と対向する隣接側面にとりつけ
られる。すなわち、各ばね部材２０の第一の端部が二重
たわみ部材キャリッジ１２の一側面に対して当接され，
第二の端部がブロック１６ないしは同様の手段によって
フレーム１０に固定される。よって、各ばね部材２０
は、二重たわみ部材キャリッジ１２をピエゾ付勢手段に
押しつけ、組立体全体を圧縮されるような状態に維持す
る。本発明の一好適実施例においては、この圧縮力は、
ピエゾ付勢手段１４、キャリッジ１２、ばね部材２０、
支持手段によってほぼ、９．０７Ｋｇ（２０ ｌｂ
ｓ．）の圧力に維持される。
【００１９】2図において、二重たわみ部材キャリッジ
１２は基部２４、中間キャリッジ２２および内部キャリ
ッジ２６から成り立っている。キャリッジ１２はさらに
四つのたわみ部材２８と四つの内部たわみ部材２９を備
えている。
１２は基部２４、中間キャリッジ２２および内部キャリ
ッジ２６から成り立っている。キャリッジ１２はさらに
四つのたわみ部材２８と四つの内部たわみ部材２９を備
えている。
【００２０】中間キャリッジ２２は四つの外部たわみ部
材２８によって基部２４から離れた位置に支持される。
中間キャリッジ２２及び基部２４はそれぞれ四辺形であ
って、四つの外部たわみ部材２８と共に第一の平行四辺
形構造体（parallelogram)を形成する。同様に、内部キ
ャリッジ２６は４つの内部たわみ部材２９によって、中
間キャリッジ２２から懸架した状態に支持される。同様
に、内部キャリッジ２６及び中間キャリッジ２２は四辺
形であって、４つの内部たわみ部材２９と共に、第二の
平行四辺形構造体を構成する。図２において、第二の平
行四辺形構造体は第一の平行四辺形構造体よりも小さ
く、中間キャリッジ２２がおのおのの平行四辺形構造体
に対する共通面を呈するように第一の平行四辺形構造体
の中に配置される。ひいては、内部キャリッジ２６は図
示されない走査プローブ組立体を受け入れるための表面
を提供する。
材２８によって基部２４から離れた位置に支持される。
中間キャリッジ２２及び基部２４はそれぞれ四辺形であ
って、四つの外部たわみ部材２８と共に第一の平行四辺
形構造体（parallelogram)を形成する。同様に、内部キ
ャリッジ２６は４つの内部たわみ部材２９によって、中
間キャリッジ２２から懸架した状態に支持される。同様
に、内部キャリッジ２６及び中間キャリッジ２２は四辺
形であって、４つの内部たわみ部材２９と共に、第二の
平行四辺形構造体を構成する。図２において、第二の平
行四辺形構造体は第一の平行四辺形構造体よりも小さ
く、中間キャリッジ２２がおのおのの平行四辺形構造体
に対する共通面を呈するように第一の平行四辺形構造体
の中に配置される。ひいては、内部キャリッジ２６は図
示されない走査プローブ組立体を受け入れるための表面
を提供する。
【００２１】二重たわみ部材１２の一体的構造によっ
て、整合されたたわみ部材の対にの固有の幾何学的な集
積性（integrity)が提供される。さらに整合されたたわ
み部材の対による二重たわみ部材キャリッジ１２の一体
的構造によって、極めて平坦な水平運動及び常態の熱安
定性が提供される。すなわち、もしも分離した構成要素
でもって構成されていたならば、二重たわみキャリッジ
１２は、整合状態にないたわみ部材の対をからなる構造
を呈し、平坦とか性熱安定性とかの利点が欠如した構造
体となるであろう。
て、整合されたたわみ部材の対にの固有の幾何学的な集
積性（integrity)が提供される。さらに整合されたたわ
み部材の対による二重たわみ部材キャリッジ１２の一体
的構造によって、極めて平坦な水平運動及び常態の熱安
定性が提供される。すなわち、もしも分離した構成要素
でもって構成されていたならば、二重たわみキャリッジ
１２は、整合状態にないたわみ部材の対をからなる構造
を呈し、平坦とか性熱安定性とかの利点が欠如した構造
体となるであろう。
【００２２】平坦な運動特性を提供する二重たわみ部材
キャリッジ１２の特徴点は図３に示されている。各々の
内部たわみ部材２９は内部キャリッジ２６と中間キャリ
ッジ２２との間において二重片持ばりを構成している。
さらに、それぞれの外部たわみ部材２８は基部２４と中
間キャリッジ２２との間において二重片持ばりを構成し
ている。図３は典型的な偏向した状態にある二重たわみ
部材キャリッジ１２の部分を示している。図３に示され
るように、横方向の力が働くことによって、内部キャリ
ッジ２６はその力の方向に、そして上方に中間キャリッ
ジ２２の方向へと駆動され、同様にして、同じ横方向の
力によって、中間キャリッジ２２は、下方へ基部２４の
方向へと向かう。もしも両方のたわみ部材２８，２９の
寸法と全ての片持ばり及び端部の条件が同じならば、二
重たわみ部材キャリッジ１２に印加される横方向の力は
おのおののたわみ部材２８、２９を等量だけ偏向する。
中間キャリッジ２２ヘ向かう内部キャリッジ２６の上方
向の運動は基部２４へ向かう中間キャリッジ２２の下方
向への運動によって正確に相殺される。よって、内部キ
ャリジ２６並びに二重たわみ部材キャリッジ１２の平坦
水平運動が生じる。さらに、内部キャリッジ２６の水平
運動ならびにたわみ部材２８、２９の偏向は、印加され
る力の方向に依存する。すなわち、内部キャリッジ２６
の合成変位は二重たわみ部材キャリッジ１２に加わる力
の方向に制限される。しかしながら、系の一つの重要な
属性は、二重たわみキャリッジ１２が一つの平面軸に沿
って移動するが、その他方の平面軸に沿う変位が最小で
ある点である。二重たわみ部材キャリッジ１２は各々の
ピエゾ付勢手段１４の固定された１Ｄたわみ部材１７の
まわりを回転する。走査運動の量に対してピエゾ付勢手
段１４の寸法が大きいので、線形軸からの変位は小さ
い。すなはち７５ミクロンのフル・レンジに対して５ナ
ノメータであり、実用的な１０ミクロンの走査に対して
１オングストロームより小である。
キャリッジ１２の特徴点は図３に示されている。各々の
内部たわみ部材２９は内部キャリッジ２６と中間キャリ
ッジ２２との間において二重片持ばりを構成している。
さらに、それぞれの外部たわみ部材２８は基部２４と中
間キャリッジ２２との間において二重片持ばりを構成し
ている。図３は典型的な偏向した状態にある二重たわみ
部材キャリッジ１２の部分を示している。図３に示され
るように、横方向の力が働くことによって、内部キャリ
ッジ２６はその力の方向に、そして上方に中間キャリッ
ジ２２の方向へと駆動され、同様にして、同じ横方向の
力によって、中間キャリッジ２２は、下方へ基部２４の
方向へと向かう。もしも両方のたわみ部材２８，２９の
寸法と全ての片持ばり及び端部の条件が同じならば、二
重たわみ部材キャリッジ１２に印加される横方向の力は
おのおののたわみ部材２８、２９を等量だけ偏向する。
中間キャリッジ２２ヘ向かう内部キャリッジ２６の上方
向の運動は基部２４へ向かう中間キャリッジ２２の下方
向への運動によって正確に相殺される。よって、内部キ
ャリジ２６並びに二重たわみ部材キャリッジ１２の平坦
水平運動が生じる。さらに、内部キャリッジ２６の水平
運動ならびにたわみ部材２８、２９の偏向は、印加され
る力の方向に依存する。すなわち、内部キャリッジ２６
の合成変位は二重たわみ部材キャリッジ１２に加わる力
の方向に制限される。しかしながら、系の一つの重要な
属性は、二重たわみキャリッジ１２が一つの平面軸に沿
って移動するが、その他方の平面軸に沿う変位が最小で
ある点である。二重たわみ部材キャリッジ１２は各々の
ピエゾ付勢手段１４の固定された１Ｄたわみ部材１７の
まわりを回転する。走査運動の量に対してピエゾ付勢手
段１４の寸法が大きいので、線形軸からの変位は小さ
い。すなはち７５ミクロンのフル・レンジに対して５ナ
ノメータであり、実用的な１０ミクロンの走査に対して
１オングストロームより小である。
【００２３】熱的安定性も整合型のたわみ部材対２８、
２９の特性である。二重たわみ部材キャリッジ１２の一
つの隅部のたわみ部材２８、２９両方が共に同じ温度環
境にあるものとすると、各々が同じ比率で（上方及び下
方へ）伸び、よって内部キャリッジ２６の正味の垂直方
向運動が相殺される。ビーム対構成のこの差動特性の故
に、四つのたわみ部材対の各々は、理論的に内部キャリ
ッジの垂直位置に影響することなく異なった周囲温度
（数度以内）になってもよい。これによって、温度傾度
に対する免疫手段が提供される。さらに熱的効果を最小
にするために、好適な実施例においては、二重たわみ部
材キャリッジ１２は、鋼よりも二桁熱膨脹係数が小さい
アニールされた超アンバー（super invar)でもって作ら
れる。さらに一層熱的効果を小さくするために、整合型
のたわみ部材２８、２９は相互に密接して配置される。
これによって、両たわみ部材２８、２９が同じ温度を維
持する確率が増す。熱的安定性を得るためには、各々の
整合されたたわみ部材対２８、２９を等しい温度に維持
すれば十分であり、他の対は異なった温度でもよいので
ある。
２９の特性である。二重たわみ部材キャリッジ１２の一
つの隅部のたわみ部材２８、２９両方が共に同じ温度環
境にあるものとすると、各々が同じ比率で（上方及び下
方へ）伸び、よって内部キャリッジ２６の正味の垂直方
向運動が相殺される。ビーム対構成のこの差動特性の故
に、四つのたわみ部材対の各々は、理論的に内部キャリ
ッジの垂直位置に影響することなく異なった周囲温度
（数度以内）になってもよい。これによって、温度傾度
に対する免疫手段が提供される。さらに熱的効果を最小
にするために、好適な実施例においては、二重たわみ部
材キャリッジ１２は、鋼よりも二桁熱膨脹係数が小さい
アニールされた超アンバー（super invar)でもって作ら
れる。さらに一層熱的効果を小さくするために、整合型
のたわみ部材２８、２９は相互に密接して配置される。
これによって、両たわみ部材２８、２９が同じ温度を維
持する確率が増す。熱的安定性を得るためには、各々の
整合されたたわみ部材対２８、２９を等しい温度に維持
すれば十分であり、他の対は異なった温度でもよいので
ある。
【００２４】本発明の好適な実施例は二重たわみ部材キ
ャリッジ１２が二つの入れ子タイプの平行四辺形構造体
(parallelograms)でもって構成されるが、他の実施例で
は、二つの幾何学的に同じような構造体が共通の往復運
動をする表面と共に入れ子構造を構成するような任意の
手段を用いることができる。その二つの幾何学的に同じ
ような構造体はさらにたわみ部材によって相互に変位さ
れる。その組み合わせ体は単一の一体的な構造体を提供
する。このようにして、この構造体は本発明の好適な実
施例について説明したように、平坦な運動および常態の
熱安定性を呈する。
ャリッジ１２が二つの入れ子タイプの平行四辺形構造体
(parallelograms)でもって構成されるが、他の実施例で
は、二つの幾何学的に同じような構造体が共通の往復運
動をする表面と共に入れ子構造を構成するような任意の
手段を用いることができる。その二つの幾何学的に同じ
ような構造体はさらにたわみ部材によって相互に変位さ
れる。その組み合わせ体は単一の一体的な構造体を提供
する。このようにして、この構造体は本発明の好適な実
施例について説明したように、平坦な運動および常態の
熱安定性を呈する。
【００２５】図４に走査装置サブシステムの電子回路構
成を示す。各々のピエゾ付勢手段１４は指令された位置
までサーボ・コントローラ３２によって駆動される。こ
のコントローラはすぐれた積分制御則を実施し、高精度
のフィードバック・センサ３４と組み合わされることに
よって、ピエゾ付勢手段１４の線形性が得られる。
成を示す。各々のピエゾ付勢手段１４は指令された位置
までサーボ・コントローラ３２によって駆動される。こ
のコントローラはすぐれた積分制御則を実施し、高精度
のフィードバック・センサ３４と組み合わされることに
よって、ピエゾ付勢手段１４の線形性が得られる。
【００２６】好適な実施例において、相互連絡面３６を
介してマルチチャネル・デイジタル・アナログ変換ボー
ド３８からサーボ・コントローラへアナログ指令信号が
送信される。この高分解能の変換回路／ドライバはシス
テム制御装置４０から高速度シリアル・チャネル４２を
介して、デイジタル形式の位置指令情報を受け取る。シ
ステム制御装置は全体的な運動の調整およびデータ補正
の作業の一部としてＸＹ位置座標を発生する。
介してマルチチャネル・デイジタル・アナログ変換ボー
ド３８からサーボ・コントローラへアナログ指令信号が
送信される。この高分解能の変換回路／ドライバはシス
テム制御装置４０から高速度シリアル・チャネル４２を
介して、デイジタル形式の位置指令情報を受け取る。シ
ステム制御装置は全体的な運動の調整およびデータ補正
の作業の一部としてＸＹ位置座標を発生する。
【００２７】走査装置に必要な高分解能の運動を生じる
小さい指令電圧差を得るために高分解能の１８ビットの
変換が必要である。アナログ側のノイズは運動分解能の
下限となる全体的なノイズ基部（noise floor)に直接影
響する。この設計はそのノイズを最小にするために実施
される。全てのアナログ素子は密接して実装され信号は
ケーブルではなく背面を介して送信される。アナログ実
装体は均一にシールドされ、アナログ・ケーブル配線は
用いられない。
小さい指令電圧差を得るために高分解能の１８ビットの
変換が必要である。アナログ側のノイズは運動分解能の
下限となる全体的なノイズ基部（noise floor)に直接影
響する。この設計はそのノイズを最小にするために実施
される。全てのアナログ素子は密接して実装され信号は
ケーブルではなく背面を介して送信される。アナログ実
装体は均一にシールドされ、アナログ・ケーブル配線は
用いられない。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、ターゲット表面にわた
って走査プローブ・キャリッジを極めて安定した、ナノ
メータの精度で二次元的な変位を行わせることができ、
一定したチップ−ターゲット表面間ギャップを維持し、
さらに平坦性と熱補償およびドリフト補償を提供する精
確な変位を行わせることができる。
って走査プローブ・キャリッジを極めて安定した、ナノ
メータの精度で二次元的な変位を行わせることができ、
一定したチップ−ターゲット表面間ギャップを維持し、
さらに平坦性と熱補償およびドリフト補償を提供する精
確な変位を行わせることができる。
【図１】本発明の二重たわみ部材キャリッジ組立体を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明に用いる二重たわみ部材キャリッジを破
断して示す図である。
断して示す図である。
【図３】本発明に用いる、横方向の力が印加された二重
たわみ部材キャリッジの一部を拡大して示す図である。
たわみ部材キャリッジの一部を拡大して示す図である。
【図４】二重たわみ部材組立体のための制御装置／ドラ
イバの構成を示す図である。
イバの構成を示す図である。
１０・・・・・フレーム １２・・・・・二重たわみ部材キャリッジ １４・・・・・ピエゾ付勢手段 １６・・・・・支持ブロック １７・・・・・一次元（1D)たわみ部材 １８・・・・・担持手段 ２０・・・・・ばね組立体 ２２・・・・・中間キャリッジ ２４・・・・・基部 ２６・・・・・内部キャリッジ ２８・・・・・外部たわみ部材 ２９・・・・・内部たわみ部材 ３２・・・・・サーボ・コントローラ ３４・・・・・フィードバック・センサ ３６・・・・・相互連絡面 ３８・・・・・マルチチャネル・デイジタル・アナログ
変換ボード ４０・・・・・システム制御装置 ４２・・・・・高速度シリアル・チャネル
変換ボード ４０・・・・・システム制御装置 ４２・・・・・高速度シリアル・チャネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーティン・アレン・クロス アメリカ合衆国フロリダ州ボカ・ラトン、 パルメット・サークル・サウス 6972 ア パートメント509 (72)発明者 イブス・マーティン アメリカ合衆国ニューヨーク州オシニン グ、シャーウッド・アベニュ 35 (72)発明者 ケネス・ギルバート・ロースラー アメリカ合衆国フロリダ州ボカ・ラトン、 ノース・ウエスト サーテイース・ロード 2096 (72)発明者 ロバート・マーシャル・ストーウェル アメリカ合衆国フロリダ州デルレイ・ビー チ、フォエベ・レーン 3103
Claims (4)
- 【請求項１】基部と、中間キャリッジと、内部キャリッ
ジと、複数の第一たわみ部材であって、各々が下方及び
上方端部を有し、各々の上記第一たわみ部材の下方端部
が上記基部の上部に一体的に形成されるとともに、上記
基部の上に垂直に伸びており、各々の上記第一たわみ部
材の上方端部が上記中間キャリッジの底部に一体的に形
成されてなるものと、複数の第二たわみ部材であって、
各々が下方及び上方端部を有し、各々の上記第二たわみ
部材の上方端部が上記中間キャリッジの底部に一体的に
形成されるとともに、上記中間キャリッジの下に垂直に
伸びており、各々の第二たわみ部材の下方端部が上記内
部キャリッジの上部に一体的に形成されてなるものとよ
りなることを特徴とする二重たわみ部材キャリッジ。 - 【請求項２】二重たわみ部材キャリッジと、上記二重た
わみ部材キャリッジを支持するための手段と、夫々が上
記支持手段の一つ及び上記二重たわみ部材キャリッジの
間に配置された複数のピエゾ付勢手段と、夫々上記ピエ
ゾ付勢手段に対向して配置された複数のばね部材であっ
て、各々のばね部材の第一端部が上記二重たわみ部材キ
ャリッジ上に配置され、各々のばね部材の第二端部が上
記支持手段の一つの上に配置され、各々の上記ばね部材
が上記二重たわみ部材キャリッジを夫々のばね部材に対
向する上記ピエゾ付勢手段へ向かって押しつけるよう
に、構成されてなるものとよりなることを特徴とする二
重たわみ部材組立体。 - 【請求項３】上記ピエゾ付勢手段の各々と上記二重たわ
み部材キャリッジの間および上記ピエゾ付勢手段の各々
と上記支持手段の間に配置された複数の２次元たわみ部
材をさらに含む請求項２記載の二重たわみ部材組立体。 - 【請求項４】各々の上記ピエゾ付勢手段とその夫々の上
記２次元たわみ部材の間に各々配置された複数の担持手
段をさらに含む請求項３記載の二重たわみ部材組立体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/963,886 US5360974A (en) | 1992-10-20 | 1992-10-20 | Dual quad flexure scanner |
| US963886 | 1993-10-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07113809A true JPH07113809A (ja) | 1995-05-02 |
| JP2534442B2 JP2534442B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=25507860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5234466A Expired - Fee Related JP2534442B2 (ja) | 1992-10-20 | 1993-09-21 | 二重たわみ部材キャリッジ及び二重たわみ部材組立体 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5360974A (ja) |
| EP (1) | EP0594362B1 (ja) |
| JP (1) | JP2534442B2 (ja) |
| AT (1) | ATE161455T1 (ja) |
| CA (1) | CA2098041A1 (ja) |
| DE (1) | DE69315953T2 (ja) |
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2010190657A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Olympus Corp | 走査機構および走査型プローブ顕微鏡 |
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| US6520005B2 (en) | 1994-12-22 | 2003-02-18 | Kla-Tencor Corporation | System for sensing a sample |
| US5948972A (en) * | 1994-12-22 | 1999-09-07 | Kla-Tencor Corporation | Dual stage instrument for scanning a specimen |
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| RU2306621C1 (ru) * | 2006-08-11 | 2007-09-20 | ЗАО "Нанотехнология-МДТ" | Двухкоординатный микропозиционер |
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