JP2003108228A - 位置決め装置、並びにそれを用いた近接場顕微鏡及び近接場分光装置。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、簡易な構成でドリフトの影
響を正確に補正することのできる位置決め装置を提供す
ることにある。 【解決手段】 試料２４が載置され特定の軸方向に移動
するピエゾステージ１８と、前記ピエゾステージ１８を
前記特定の軸方向に移動させるステージコントローラ２
０と、を備えた位置決め装置において、予め前記ピエゾ
ステージ１８の駆動軸方向の時間経過によるクリープを
測定し定式化しておいたクリープ特性を記憶しているク
リープ特性記憶部６０を備え、前記ステージコントロー
ラ２０は、前記クリープ特性記憶部６０のクリープ特性
と相補的な電気信号を、該クリープ特性の時間情報に合
わせて前記ピエゾステージに印加し、該ピエゾステージ
１８を前記駆動軸方向に駆動することを特徴とする位置
決め装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置決め装置、並び
にそれを用いた近接場顕微鏡及び近接場分光装置、特に
そのドリフト低減手法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般的な光学顕微鏡あるいは電子
顕微鏡とは異なる原理に基づく走査型近接場光学顕微鏡
が開発され、これは一般的な顕微鏡では困難であった光
の波長より小さなものを観察することができ、その応用
が期待されている。

【０００３】この走査型近接場光学顕微鏡は、いわゆる
近接場波を検出するものであり、例えば微小な試料が平
坦な基板の上に置かれており、該試料に基板裏面から全
反射が生じるような角度で光を入射させると、伝搬光は
すべて反射するが、基板及び試料表面付近には近接場波
と呼ばれる表面波が発生する。この表面波は試料表面の
周りの光の波長以内の距離の領域に局在している。

【０００４】そこで、先の鋭いプローブを近接場波の場
の中に差し込んで近接場波を散乱させ、その散乱光強度
を測定することによりプローブ先端と試料表面との距離
を規定することができる。したがって、前記散乱光の強
度が一定となるようにしつつプローブの走査を行うこと
により、該プローブ先端位置は試料表面の凹凸を的確に
反映するものとなる。しかも、プローブ先端は近接場波
の場に存在するのみであり、試料そのものには接触して
いないため、試料に対して非接触、非破壊でかつ光の波
長の値より小さいものを観察できるものである。

【０００５】ところで、前述のような近接場顕微鏡をは
じめ、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、近接場
顕微鏡などに代表されるプローブ顕微鏡は、ナノスケー
ルの微小位置決めのためのピエゾステージを用いること
が多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピエゾ
ステージは、ナノの位置決めはできるものの、クリープ
や、ヒステリシスなどの絶対精度や再現性に問題があ
る。例えばステージコントローラによりピエゾステージ
の駆動を止める指示を出しているにもかかわらず、ピエ
ゾステージはぴたっとその位置に静止しておらずに、時
間の経過により、ずるずるとその駆動軸方向に移動して
しまうクリープが生じる。

【０００７】特にクリープ特性については、別手段にて
ステージの駆動量を直接測定し補正する方法や、基準と
なる試料を測定し、その結果をもとに測定結果を換算す
る方法等により対処されることが多い。しかしながら、
前者では位置測定のためのハードウェアが別途必要にな
るため、装置が複雑になる、設置環境が限定される等の
欠点がある。後者については、実際の測定と時間的また
は空間的にずれた測定をもとにしているため、厳密な意
味での補正とは言えない。

【０００８】特に近接場測定装置では、光の波長以下と
いう極微小な範囲でプローブないしステージを駆動する
ため、この問題はより深刻であった。本発明は前記従来
技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は簡易
な構成でドリフトの影響を正確に補正することのできる
位置決め装置、並びにそれを用いた近接場顕微鏡及び近
接場分光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる位置決め装置は、試料が載置され特定
の軸方向に移動するピエゾステージと、前記ピエゾステ
ージを前記特定の軸方向に移動させるステージコントロ
ーラと、を備えた位置決め装置において、クリープ特性
記憶部を備える。そして、前記ステージコントローラ
は、前記クリープ特性記憶部のクリープ特性と相補的な
電気信号を、該クリープ特性の時間情報に合わせて前記
ピエゾステージに印加し、該ピエゾステージを前記駆動
軸方向に駆動することを特徴とする。

【００１０】ここで、前記クリープ特性記憶部は、予め
前記ピエゾステージの駆動軸方向の時間経過によるクリ
ープを測定し定式化しておいたクリープ特性を記憶して
いる。また前記目的を達成するために本発明にかかる位
置決め装置は、試料が載置され特定の軸方向に移動する
ピエゾステージと、前記ピエゾステージを前記特定の軸
方向に駆動させるステージコントローラと、を備えた位
置決め装置において、クリープ特性記憶部と、測定手段
と、補正手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】ここで、前記クリープ特性記憶部は、予め
前記ピエゾステージの駆動軸方向の時間経過によるクリ
ープを測定し定式化しておいたクリープ特性を記憶して
いる。また前記測定手段は、前記ピエゾステージに載置
された試料の測定部位より、該ピエゾステージの駆動軸
方向の位置情報を時間情報と共に得る。

【００１２】前記補正手段は、前記ピエゾステージの駆
動軸方向に対して、前記クリープ特性記憶部のクリープ
特性に従って、前記測定手段で得た測定結果に、該クリ
ープ特性の時間情報を合わせてソフトウェア補正をか
け、前記ピエゾステージのクリープの影響が除去された
測定結果を得る。

【００１３】なお、本発明において、前記ピエゾステー
ジのクリープ特性は、下記数２で表せることが好適であ
る。

【数２】 ｒ×（１＋γ×Log（ｔ／０．１）） …（２） ここで、ｒは、前記測定手段で得たデータを用いて算出
可能な定数 γは、前記測定手段で得たデータを用いて算出可能な定
数 ｔは、前記時間情報

【００１４】なお、前記時間情報ｔは、例えばステージ
コントローラによりピエゾステージの駆動を止めた瞬間
を基準にした時の経過時間等、あるいは該ピエゾステー
ジの駆動を止め所定の時間が経過した時間を基準にした
時の経過時間等をいう。

【００１５】また前記数２で示されるクリープ特性は、
例えば横軸の単位が時間であり、縦軸がＺ軸位置情報で
ある。これに対し、測定結果の縦軸の単位はＺ軸位置情
報であるが、横軸の単位が例えばＸ位置情報であって
も、例えば前記Ｘ位置情報を得る時に、前記クリープ特
性の定式の時間情報ｔと関連付け可能な時間ないし時刻
情報と共に得ることにより、例えば時間軸と位置軸間の
軸の単位の変換により、前記クリープ特性の定式と測定
結果との軸の単位の関連付けが行える。

【００１６】また本発明において、前記測定手段は一の
面毎に画像を得、また前記一の面画像を得た後に該画像
上より複数の点を適宜選び、前記クリープ特性の定式中
の定数ｒ，γの値を算出する定数決定手段を備える。そ
して、前記補正手段は、前記定数決定手段で得た値を、
前記クリープ特性記憶部の定式中の対応する定数ｒ，γ
に代入したクリープ特性に従って、前記測定手段で得た
全体の画像のデータに対してソフトウェア補正をかけ、
前記ピエゾステージのクリープの影響が除去された測定
結果を得ることが好適である。

【００１７】また本発明において、前記測定手段は一の
行毎に画像を得、また前記一の行画像を得た後に該画像
上より複数の点を適宜選び、前記クリープ特性の定式中
の定数ｒ，γの値を算出する定数決定手段を備える。前
記補正手段は、前記定数決定手段で得た値を、前記クリ
ープ特性記憶部の定式中の対応する定数ｒ，γに代入し
たクリープ特性に従って、前記測定手段で得た行のデー
タに対してソフトウェア補正をかけ、前記ピエゾステー
ジのクリープの影響が除去された測定結果を得、及び補
正後の測定結果を表示する。そして、前記測定手段によ
る測定、前記定数決定手段による定数算出、前記補正手
段によるソフトウェア補正、及び補正後の測定結果の表
示を、前記各行について行うことが好適である。

【００１８】また前記目的を達成するために本発明にか
かる近接場顕微鏡は、試料測定面の近接場光の場へプロ
ーブを進入させることにより発生する散乱光を採取する
散乱光採取手段と、試料が載置されるステージと、散乱
光採取手段で採取された近接場光の散乱光により、試料
画像を観察する観察手段を備えた近接場顕微鏡におい
て、本発明にかかる位置決め装置を前記プローブないし
ステージの所望の駆動軸方向に設けたことを特徴とす
る。

【００１９】また前記目的を達成するために本発明にか
かる近接場分光装置は、プローブと、試料が載置される
ピエゾステージと、を備え、前記試料測定面とプローブ
先端間のＺ軸方向の離隔距離が一定となるようにしつ
つ、プローブ先端位置を試料測定面上でＸ，Ｙ軸方向に
走査するステージコントローラと、を備え、試料測定面
の各測定部位における離隔情報及びスペクトル情報を同
時取得可能な近接場分光装置において、本発明にかかる
位置決め装置を、前記プローブないしステージの所望の
駆動軸方向に設けたことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態にかかる位置決め装置を用いた測定装置の概略
構成が示されている。なお、本実施形態では、測定装置
として近接場分光装置を想定し、該装置により得られた
試料測定面の凹凸情報にソフトウェア補正をかけ、ピエ
ゾステージのクリープの影響を補正した例について説明
する。同図に示す近接場分光装置１０は、離隔情報取得
手段（測定手段）と、スペクトル情報取得手段を備え
る。

【００２１】前記離隔情報取得手段は、例えば光ファイ
バプローブ１２と、近接場ヘッド１４と、Ｚ軸方向位置
制御用光学系１６と、ＸＹＺピエゾステージ（位置決め
装置）１８と、ステージコントローラ（位置決め装置）
２０と、コンピュータ本体（位置決め装置）２２を備え
る。

【００２２】前記ＸＹＺピエゾステージ１８と、ステー
ジコントローラ２０等は、試料２４とプローブ１２先端
を離隔ないし近接させるＺ軸方向に走査し、離隔情報及
びスペクトル情報を得る際は、試料２４とプローブ１２
先端を近接場領域内の所定距離に近接させる。

【００２３】本実施形態では、ＸＹＺピエゾステージ１
８上には試料２４が載置され、先の鋭いプローブ１２を
近接場光２５の場の中に差し込んで近接場光２５を散乱
させる。このとき、近接場ヘッド１４によりプローブ１
２はその共振周波数で微小振動させている。Ｚ軸方向位
置制御用光学系１６によりプローブ１２先端に光２６を
照射し、そのプローブ１２先端からの変調された反射光
２８を検出し、その光２８よりプローブ１２先端の振動
振幅の変化を検出する。プローブ１２先端の振動振幅が
一定となるようにしつつ、ステージコントローラ２０に
よるＸＹＺピエゾステージ１８の駆動によりプローブ１
２の走査を行う。これによりＸＹＺピエゾステージ１８
等より各測定点のＸＹ位置情報、計時部２１より測定時
刻と同時に、各測定点における高低情報をコンピュータ
本体２２のハードディスク（ＨＤＤ）３０の離隔情報記
憶部３２に得る。これによりプローブ１２先端と試料２
４測定面との距離を規定することができる。

【００２４】前記スペクトル情報取得手段は、例えば励
起レーザ３６と、光ファイバプローブ１２と、分光器３
８と、検出器４０と、ＸＹＺピエゾステージ（位置決め
装置）１８と、ステージコントローラ（位置決め装置）
２０と、コンピュータ本体（位置決め装置）２２を備え
る。

【００２５】そして、励起レーザ３６からのレーザ光４
２は、ファイバプローブ１２に入射され、プローブ１２
先端の開口より近接場光２５がしみだす。この近接場光
２５は、プローブ１２先端の光の波長よりも狭い領域に
局在しており、ステージコントローラ２０によりプロー
ブ１２先端と試料測定面２４を光の波長よりも狭い領域
まで近接させると、プローブ先端１２よりしみだした光
２５は試料測定面２４にで散乱ないし反射され、その散
乱光ないし反射光４４はプローブ１２先端の開口より集
光され、分光器３８で分光される。分光された光は、検
出器４０で検出され、その光強度は分光器３８より得ら
れる波長情報と共に、コンピュータ本体２２のＨＤＤ３
０のスペクトル情報記憶部４２に記憶される。

【００２６】このように近接場分光装置１０を構成する
ことにより、試料表面の各測定部位における高低情報及
び成分情報を同時に取得し、ディスプレイ４５に表示す
ることができる。

【００２７】ところで、近接場分光装置１０をはじめ、
原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、近接場顕微鏡
などに代表されるプローブ顕微鏡は、ナノスケールの微
小位置決めのためのピエゾステージを用いることが多
い。しかしながら、ピエゾステージは、ナノの位置決め
はできるものの、例えばステージコントローラによりピ
エゾステージの駆動を止める指示を出しているにもかか
わらず、ピエゾステージはぴたっとその位置に静止して
おらずに、時間の経過により、ずるずるとその駆動軸方
向に移動してしまうクリープが発生してしまう。特に近
接場測定装置では、光の波長よりも狭い範囲でプローブ
ないしステージを駆動するため、この問題はより深刻で
ある。

【００２８】そこで、本発明においては、簡易な構成で
ピエゾステージのドリフトの影響を正確に補正するため
に、予めクリープ特性を測定し定式化している。本実施
形態においては、例えば図２（Ａ）に示すように、ステ
ージコントローラによりピエゾステージの駆動を止めた
瞬間から所定の時間ｔが経過する毎に、同一測定面上よ
り一の画像を得、例えばこれを８回繰返す。すると、同
図（Ｂ）示すようなクリープ特性が得られる。これを下
記数３のように定式化し、その理論曲線を基に離隔情報
記憶部３２の離隔情報、つまり試料測定面の凹凸情報を
補正している。

【数３】 ｒ×（１＋γ×Log（ｔ／０．１）） …（３） ここで、ｒは、近接場分光装置１０で得たデータを用い
て算出可能な定数 γは、近接場分光装置１０で得たデータを用いて算出可
能な定数 ｔは、ステージコントローラによりピエゾステージの駆
動を止めた瞬間からの経過時間

【００２９】このために本実施形態においては、前記数
３のクリープ特性の定式を記憶しているクリープ特性記
憶部６０と、定数決定手段及びソフトウェア補正手段と
してのＣＰＵ４６を備える。

【００３０】まず前記離隔情報取得手段により、ピエゾ
ステージに載置された試料の各測定部位より高さ情報を
得、一の面画像を得、これを離隔情報記憶部に記憶す
る。

【００３１】ＣＰＵ４６は、前記定数決定手段の機能と
して、前述のようにして得られた一の面画像上より複数
の点を適宜選び、前記クリープ特性の定式中の定数ｒ，
γの値を算出する。例えば定数γ＝０．３４、定数ｒ＝
８．４を得る。これをクリープ特性記憶部６０に記憶す
る。ピエゾステージのＸＹＺ軸方向に対して、予めクリ
ープ特性を測定し定式化されたクリープ特性をそれぞれ
記憶する。

【００３２】そして、ＣＰＵ４６は、前記補正手段の機
能として、クリープ特性記憶部６０に記憶されたクリー
プ特性の定式中の定数ｒ，γの値を例えば定数γ＝０．
３４、定数ｒ＝８．４を、該クリープ特性の定式中の対
応する定数ｒ，γに代入し、例えばＺ軸方向のクリープ
特性を得る。得られたクリープ特性に従って、離隔情報
記憶部の全体の画像のデータに対してソフトウェア補正
をかけ、ピエゾステージのクリープの影響が除去された
測定結果を得る。

【００３３】なお、数３で示されるクリープ特性は、例
えば横軸の単位が時間であり、縦軸がＺ軸位置情報であ
る。これに対し、測定結果の縦軸の横軸の単位は例えば
Ｘ位置情報であるが、本実施形態では、前述のように例
えば計時部２１により、Ｘ位置情報の取得時刻を、前記
クリープ特性の定式の時間情報ｔと関連付け可能な時刻
情報と共に得ている。このため、例えば時間軸と位置軸
間の軸の単位の変換により、前記クリープ特性の定式と
前記離隔情報記憶部の例えばＸ軸位置情報との軸の単位
の関連付けが行える。

【００３４】そして、このような軸の単位の関連付けが
考慮された上で、例えば、図３（Ａ）に示すような離隔
情報記憶部のデータｄを、同図（Ｂ）に示すようなクリ
ープ特性の理論曲線ｔｃで割ることにより、同図（Ｃ）
に示すようなクリープの影響が除去されたデータｄ´を
得ることができる。

【００３５】このように本実施形態では、ピエゾステー
ジのクリープ特性の定式化に成功し、その理論曲線を基
に全体の測定結果にソフトウェア補正をかけ、クリープ
の影響を補正しているため、測定結果を正確に補正する
ことができる。しかも、本実施形態では、前記理論曲線
を用いてソフトウェア補正しているため、簡易な構成と
なる。

【００３６】また本実施形態にかかる位置決め装置を近
接場分光装置装に用いるので、精度の高いプローブ１２
ないしピエゾステージ１８の駆動が行えるので、より精
度の高い測定結果が得られる。

【００３７】なお、前記構成では、前記測定手段により
一の面画像を得た例について説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、これに代えて、前記測定手
段により一行毎に画像を得る。そして、定数決定手段に
より、一の行画像を得た後に該画像上より複数の点を適
宜選び、前記クリープ特性の定式中の定数ｒ，γの値を
算出する。そして、補正手段により、前記定数決定手段
で得た値を、前記クリープ特性記憶部の定式中の対応す
る定数ｒ，γに代入したクリープ特性に従って、前記測
定手段で得た行のデータに対してソフトウェア補正をか
け、前記ピエゾステージのクリープの影響が除去された
測定結果を得る。また補正後の測定結果をディスプレイ
に表示する。そして、前記測定手段による測定、前記定
数決定手段による定数算出、及び前記補正手段によるソ
フトウェア補正、及び補正後の測定結果の表示を、前記
各行について行うことができる。これにより本実施形態
では、補正結果を測定中に逐次、例えば各行の測定終了
毎にディスプレイに表示することができる。

【００３８】また、前記構成では、本実施形態にかかる
位置決め装置を、近接場分光装置のステージに用いた例
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、ピエゾステージを用いた任意の装置に用いるこ
とができる。

【００３９】特に精密な位置決めが要求される原子間力
顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡、近接場顕微鏡等のプロ
ーブ顕微鏡のステージに適している。例えば、試料測定
面の近接場光の場へプローブを進入させることにより発
生する散乱光を採取する散乱光採取手段と、試料が載置
されるステージと、散乱光採取手段で採取された近接場
光の散乱光により、試料画像を観察する観察手段を備え
た近接場顕微鏡では、プローブないしステージの駆動に
用いることができる。

【００４０】このように本発明にかかる位置決め装置を
近接場顕微鏡に用いることにより、前記近接場分光装置
に用いた場合と同様、精度の高いプローブないしステー
ジの駆動が行えるので、より精度の高い測定結果が得ら
れる。

【００４１】また本発明にかかる位置決め装置をピエゾ
ステージに用いた例について説明したが、そのほかの駆
動機構、例えばピエゾ素子を用いたプローブの微小送り
機構等に適用することができる。

【００４２】また前記構成では、説明上、Ｚ軸方向のク
リープ特性について説明したが、そのほかのピエゾ素子
を用いた駆動軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のクリープ特
性に適用することができる。

【００４３】また、前記構成では、測定結果にソフトウ
ェア補正をかけた例について説明したが、これに代え
て、ピエゾステージへの駆動制御値の補正に適用するこ
ともできる。

【００４４】図４には、このような位置決め装置を用い
た近接場分光顕微鏡の概略構成が示されている。なお、
前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説
明を省略する。

【００４５】すなわち、同図に示す近接場分光装置１１
０は、本実施形態において特徴的な位置決め装置を用い
ており、ピエゾステージ１１８と、ステージコントロー
ラ１２０と、クリープ特性記憶部１６０と、ピエゾ制御
情報記憶部１６２を備える。

【００４６】前記クリープ特性記憶部１６０は、前述の
ようにして得られたピエゾステージ１８１のクリープ特
性を記憶している。

【００４７】前記ピエゾステージ制御情報記憶部１６２
は、ステージコントローラ１２０によりＸＹＺピエゾス
テージ１１８を駆動するために印加する電気信号とし
て、クリープ特性記憶部１６０に記憶されているクリー
プ特性と相補的な電気信号を記憶している。

【００４８】そして、測定の開始を指示する信号が入力
されると、前記ステージコントローラ１２０は、前記ク
リープ特性記憶部１６０の、クリープ特性と相補的な電
気信号を、前記クリープ特性の時間情報に合わせて前記
ピエゾステージ１１８に印加し、該ピエゾステージ１１
８を前記駆動軸方向に駆動する。

【００４９】この結果、同図に示す近接場分光装置１１
０は、前記図１に示した近接場分光装置と同様、クリー
プ特性の定式化に成功し、その理論曲線を基にしてクリ
ープ補正を行う。つまり本実施形態では、クリープ特性
と相補的な電気信号をピエゾステージに印加し、該ピエ
ゾステージを駆動するので、クリープの影響を補正しピ
エゾステージを正確に位置決めすることができる。しか
も、同図に示す近接場分光装置１１０は、前記図１に示
した近接場分光装置と同様、前記理論曲線を用いてソフ
トウェア補正しているため、簡易な構成となる。また、
本実施形態にかかる近接場分光装置、例えば図１に示し
た近接場分光装置には、使用目的等に応じて、下記に示
す機構を付加することも好ましい。

【００５０】＜連続測定＞ところで、プローブ顕微鏡に
代表されるようなナノレベルの分解能を持つ分析装置
は、現実問題として、装置の機械的なドリフトやレーザ
の強度のドリフトなどは完全には除去することはできな
い。

【００５１】そこで、一般にはこのドリフト量より早い
スキャンスピードを確保することにより、ドリフトを抑
えた画像を測定することが行われている。しかしなが
ら、近接場分光においては、その分光スペクトルの測定
に本質的に時間がかかるため、スキャンスピードを上げ
ることはできない。このため、広い範囲のデータを測定
する際に、ドリフトの影響が強く出ていた。

【００５２】そこで、図５に示すような試料表面の形状
と試料表面の分光スペクトルや時間分解データを測定す
る近接場分光装置２１０を用いることも好ましい。な
お、前記図１と対応する部分には符号２００を加えて示
し説明を省略する。同図に示す近接場分光装置２１０で
は、入力デバイス２５２と、測定条件記憶部２６４を備
える。

【００５３】前記入力デバイス２５２は、あらかじめ複
数のマッピング測定条件をコンピュータ本体２２２に入
力する。このマッピング測定条件としては、例えば、測
定領域、フィードバック条件、スペクトル測定条件等を
入力する。前記測定条件記憶部２６４は、入力デバイス
２５２より入力された例えば測定領域等のマッピング測
定条件を記憶している。

【００５４】そして、測定の開始を指示する信号がコン
ピュータ本体２２２に入力されると、ＣＰＵ２４６は、
測定条件記憶部２６４のマッピング測定条件情報にアク
セスし、そのマッピング測定条件情報に従って、例えば
ステージ２１８、ステージコントローラ２２０等をはじ
めとする近接場分光装置２１０の各機器の動作を制御す
ることにより、自動で測定する。

【００５５】ここで、従来のマッピング測定では、図６
に示すように広い測定範囲Ａを１つ設定し、広い測定範
囲Ａを一度にマッピング測定することが一般的であっ
た。

【００５６】しかしながら、本実施形態では、測定領域
の設定に関しては、図７に示すように例えば広い測定範
囲Ａを複数の領域、例えば４つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ
３，Ａ４に分け、それぞれ別の測定としている。

【００５７】ここで、各測定画像には、他の画像との隣
接部分にのりしろが設けられており、測定後に各測定結
果をのりしろを介して組み合わせることが好ましい。

【００５８】本実施形態では、例えば図８（Ａ）に示す
ように領域Ａ１より得られた画像Ｉ１と領域Ａ２より得
られた画像Ｉ２を組合せる時は、領域Ａ１より得られた
画像Ｉ１にはのりしろｔ１が設けられ、領域Ａ２より得
られた画像Ｉ２にはのりしろｔ２が設けられている。こ
のため、領域Ａ１より得られた画像Ｉ１と領域Ａ２より
得られた画像Ｉ２を、のりしろｔ１、ｔ２を介して組み
合わせることができる。

【００５９】このような組合せを利用し、最終的には、
領域Ａ１より得られた画像Ｉ１と、領域Ａ２より得られ
た画像Ｉ２と、領域Ａ３より得られた画像Ｉ３と、領域
Ａ４より得られた画像Ｉ４を組合せることにより、一の
画像Ｉ´を得、広い測定領域Ａに関する測定結果を得る
ことができる。

【００６０】このように本実施形態では、広い測定範囲
を複数の領域に分け、それぞれ別の測定としている。こ
の結果、本実施形態では、一つの測定の測定時間を小さ
くすることができるので、ドリフトなどの影響を低く抑
えることができる。したがって、全体の測定結果に対す
るドリフトの影響を大幅に抑えることができる。

【００６１】なお、各測定画像を組合せる際は、ＣＰＵ
により、各画像の重なる部分の２次元の相関係数を求め
る。ここで、なるべくその係数が１に近くなる各画像の
配置を求め、各画像の自動位置合わせ等を行わせること
も、操作容易化等の点で好ましい。

【００６２】＜表面形状とスペクトルの測定レンジ独立
指定＞近接場分光顕微鏡においては、表面の形状とスペ
クトルのマッピング測定は同時に行われる。

【００６３】ここで、一般に表面形状とスペクトルの測
定点は同一点を選ばれていた。しかしながら、スペクト
ルマッピングには通常非常に時間がかかるため、より詳
細に表面形状を得るときには、再度同じ領域を表面形状
のみ再測定する必要があった。

【００６４】この方法では、２回測定を行う必要がある
ため、手順が煩雑となり、かつステージのドリフトなど
で真に同一領域を測っているとは限らなかった。

【００６５】そこで、図９に示すよう試料表面の形状と
試料表面の分光スペクトルや時間分解データを測定する
近接場分光装置３１０を用いることも好ましい。なお、
前記図１と対応する部分には符号３００を加えて示し説
明を省略する。

【００６６】同図に示す近接場分光装置３１０では、入
力デバイス３５２と、測定点設定情報記憶部３６６を備
える。前記入力デバイス３５２は、表面形状測定のマッ
ピング測定点と、スペクトルのマッピング測定点を分け
て設定する。前記測定点情報記憶部３６６は、入力デバ
イス３５２より入力された表面形状測定のマッピング測
定点と、スペクトルのマッピング測定点をそれぞれ記憶
している。

【００６７】そして、測定の開始を指示する信号がコン
ピュータ本体３２２に入力されると、ＣＰＵ３４６は、
測定点情報記憶部３６６の測定点設定情報にアクセス
し、その測定点設定情報に従って、例えばステージ３１
８，ステージコントローラ３２０等をはじめとする近接
場分光装置３１０の各機器の動作を制御する。

【００６８】例えばプローブ３１２の先端位置が図１０
に示すように格子の交点で示される各マッピング測定点
Ｐｉ（例えば測定間隔は光の波長λ以下、例えばλ／
２）では表面形状測定を行い、格子上の黒丸印で示され
る各スペクトルのマッピング測定点Ｑｉ上では、スペク
トルのマッピング測定を行うように、ステージコントロ
ーラにＸＹＺステージの制御内容を指示する。ここで、
本実施形態では、表面形状の測定点Ｐｉの数よりスペク
トルの測定点Ｑｉの数が少ないことが、測定時間の短縮
化の点で好ましい。

【００６９】この結果、同図に示す近接場分光装置で
は、一度の測定で表面形状との分解能とスペクトルの分
解能それぞれに見合った精度で、表面形状とスペクトル
のマッピング測定を行うことができる。しかも表面形状
の測定点Ｐｉの数よりスペクトルの測定点Ｑｉの数が少
ないので、測定時間を大幅に短縮することができる。

【００７０】そのほか、同図に示すように測定面上に均
等にスペクトルの測定点Ｑｉを設定することに代えて、
例えば図１０に示すように測定面上の小領域にスペクト
ルの測定領域Ａ1を設定し、残りの広い領域に表面形状
の測定領域Ａ2を設定することも、前記図９に示した測
定点の設定と同様の効果が得られるので、好ましい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる位置
決め装置によれば、ピエゾステージの駆動軸方向のクリ
ープを測定し定式化されたクリープ特性を記憶している
クリープ特性記憶部と、該クリープ特性と相補的な電気
信号を印加しピエゾステージを駆動するステージコント
ローラを備えることとした。この結果、本発明において
は、クリープ特性の理論曲線を元にピエゾステージの駆
動を制御しているので、簡易な構成で、正確にドリフト
の影響を補正することができる。また本発明にかかる位
置決め装置によれば、ピエゾステージの駆動軸方向のク
リープを測定し定式化されたクリープ特性を記憶してい
るクリープ特性記憶部と、該ピエゾステージ上の試料の
測定部位より該ピエゾステージの駆動軸方向の位置情報
を得る測定手段と、該ピエゾステージの駆動軸方向に対
して、該クリープ特性記憶部のクリープ特性に従って、
該測定手段で得た測定結果にソフトウェア補正をかけク
リープの影響が除去された測定結果を得る補正手段を備
えることとした。この結果、本発明においては、理論曲
線を元に測定結果の全体を補正しているので、簡易な構
成で、正確にドリフトの影響を補正することができる。
また本発明においては、前記測定手段により一の測定部
位毎に画像を得た後に、該画像上より複数の点を適宜選
び、前記クリープ特性の定式中の定数を算出する定数決
定手段を備える。そして、前記補正手段により、該定数
決定手段で得た値を該クリープ特性の定式中の対応する
定数に代入したクリープ特性に従って、該測定手段で得
た測定部位のデータに対してソフトウェア補正をかけク
リープの影響が除去された測定結果を得、補正後の測定
結果の表示を各測定部位について行うことにより、補正
結果を測定中に逐次、例えば各測定部位の測定終了毎に
表示することができる。また本発明にかかる位置決め装
置を近接場顕微鏡ないし近接場分光装置装に用いること
により、精度の高いプローブないしステージの駆動が行
えるので、より精度の高い測定結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる位置決め装置を用
いた近接場分光装置の概略構成の説明図である。

【図２】図１に示したピエゾステージのクリープ特性の
測定例の説明図である。

【図３】図１に示した近接場分光装置で得た測定結果の
クリープ特性の定式によるソフトウェア補正方法の説明
図である。

【図４】図１に示した近接場分光装置でのクリープ補正
機構の変形例である。

【図５】図１に示した近接場分光装置で用いるのに適し
た連続測定機構の説明図である。

【図６】一般的な測定領域の設定例である。

【図７】図５に示した連続測定機構で用いるのに適した
測定領域の設定例である。

【図８】図５に示した連続測定機構で得た分割画像の結
合方法の説明図である。

【図９】図１に示した近接場分光装置で用いるのに適し
た測定レンジ独立指定機構の説明図である。

【図１０】，

【図１１】図９に示した測定レンジ独立指定機構での測
定レンジ独立指定例である。

【符号の説明】

１０ 近接場分光装置（測定手段） １８ ピエゾステージ（位置決め装置） ２０ ステージコントローラ（位置決め装置） ４６ ＣＰＵ（補正手段，定数決定手段） ６０ クリープ特性記憶部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｊ 37/20 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｇ (72)発明者 佐藤 文則 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA03 AA06 AA24 AA49 AA50 DD06 EE07 FF04 GG04 LL02 MM03 PP12 QQ24 QQ31 QQ32 QQ36 SS01 2F078 CA08 CB14 CC07 5C001 AA03 AA04 CC04 5H303 AA20 CC06 DD14

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料が載置され特定の軸方向に移動する
   ピエゾステージと、前記ピエゾステージを前記特定の軸
   方向に移動させるステージコントローラと、を備えた位
   置決め装置において、 予め前記ピエゾステージの駆動軸方向の時間経過による
   クリープを測定し定式化しておいたクリープ特性を記憶
   しているクリープ特性記憶部を備え、 前記ステージコントローラは、前記クリープ特性記憶部
   のクリープ特性と相補的な電気信号を、該クリープ特性
   の時間情報に合わせて前記ピエゾステージに印加し、該
   ピエゾステージを前記駆動軸方向に駆動することを特徴
   とする位置決め装置。
2. 【請求項２】 試料が載置され特定の軸方向に移動する
   ピエゾステージと、前記ピエゾステージを前記特定の軸
   方向に駆動させるステージコントローラと、を備えた位
   置決め装置において、 予め前記ピエゾステージの駆動軸方向の時間経過による
   クリープを測定し定式化しておいたクリープ特性を記憶
   しているクリープ特性記憶部と、 前記ピエゾステージに載置された試料の測定部位より、
   該ピエゾステージの駆動軸方向の位置情報を時間情報と
   共に得る測定手段と、 前記ピエゾステージの駆動軸方向に対して、前記クリー
   プ特性記憶部のクリープ特性に従って、前記測定手段で
   得た測定結果に、該クリープ特性の時間情報に合わせて
   ソフトウェア補正をかけ、該ピエゾステージのクリープ
   の影響が除去された測定結果を得る補正手段と、 を備えたことを特徴とする位置決め装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の位置決め装置にお
   いて、 前記ピエゾステージのクリープ特性は、下記数１で表せ
   ることを特徴とする位置決め装置。 【数１】 ｒ×（１＋γ×Log（ｔ／０．１）） …（１） ここで、ｒは、前記測定手段で得たデータを用いて算出
   可能な定数 γは、前記測定手段で得たデータを用いて算出可能な定
   数 ｔは、前記時間情報
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の位置決め装置にお
   いて、 前記測定手段は、一の面毎に画像を得、 また前記一の面画像を得た後に該画像上より複数の点を
   適宜選び、前記クリープ特性の定式中の定数ｒ，γの値
   を算出する定数決定手段を備え、 前記補正手段は、前記定数決定手段で得た値を前記クリ
   ープ特性記憶部の定式中の対応する定数ｒ，γに代入し
   たクリープ特性に従って、前記測定手段で得た全体の画
   像のデータに対してソフトウェア補正をかけ、前記ピエ
   ゾステージのクリープの影響が除去された測定結果を得
   ることを特徴とする位置決め装置。
5. 【請求項５】 請求項２又は３記載の位置決め装置にお
   いて、 前記測定手段は、一行毎に画像を得、 また前記一の行画像を得た後に該画像上より複数の点を
   適宜選び、前記クリープ特性の定式中の定数ｒ，γの値
   を算出する定数決定手段を備え、 前記補正手段は、前記定数決定手段で得た値を、前記ク
   リープ特性記憶部の定式中の対応する定数ｒ，γに代入
   したクリープ特性に従って、前記測定手段で得た行のデ
   ータに対してソフトウェア補正をかけ、前記ピエゾステ
   ージのクリープの影響が除去された測定結果を得、及び
   補正後の測定結果を表示し、 前記測定手段による測定、前記定数決定手段による定数
   算出、前記補正手段によるソフトウェア補正及び補正後
   の測定結果の表示を、前記各行について行うことを特徴
   とする位置決め装置。
6. 【請求項６】 試料測定面の近接場光の場へプローブを
   進入させることにより発生する散乱光を採取する散乱光
   採取手段と、試料が載置されるステージと、散乱光採取
   手段で採取された近接場光の散乱光により、試料画像を
   観察する観察手段を備えた近接場顕微鏡において、 請求項１〜５の何れかに記載の位置決め装置を、前記プ
   ローブないしステージの所望の駆動軸方向に設けたこと
   を特徴とする近接場顕微鏡。
7. 【請求項７】 プローブと、試料が載置されるピエゾス
   テージと、を備え、 前記試料測定面とプローブ先端間のＺ軸方向の離隔距離
   が一定となるようにしつつ、プローブ先端位置を試料測
   定面上でＸ，Ｙ軸方向に走査するステージコントローラ
   と、を備え、試料測定面の各測定部位における離隔情報
   及びスペクトル情報を同時取得可能な近接場分光装置に
   おいて、 請求項１〜６の何れかに記載の位置決め装置を、前記プ
   ローブないしステージの所望の駆動軸方向に設けたこと
   を特徴とする近接場分光装置。