JPH01129105A - 走査トンネル顕微鏡のスキャナ - Google Patents
走査トンネル顕微鏡のスキャナInfo
- Publication number
- JPH01129105A JPH01129105A JP62288077A JP28807787A JPH01129105A JP H01129105 A JPH01129105 A JP H01129105A JP 62288077 A JP62288077 A JP 62288077A JP 28807787 A JP28807787 A JP 28807787A JP H01129105 A JPH01129105 A JP H01129105A
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- JP
- Japan
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- axis
- displacement
- scanner
- elements
- piezo
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (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〕
本発明は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）のスキャナに
関するものである。
関するものである。
一般に、探針先端の原子と試料の原子の電子雲とが重な
り合うｌｎｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態で
探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。この
電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が１ｍＶのとき、１
〜１０ｍＡ程度である。
り合うｌｎｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態で
探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。この
電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が１ｍＶのとき、１
〜１０ｍＡ程度である。
このトンネル電流の大きさは、試料と探針との間の距離
により変化し、トンネル電流の大きさを測定することに
より試料と探針との間の距離を超精密測定することがで
き、探針位置が既知であれば試料の表面形状を求めるこ
とができる。またトンネル電流が一定になるように探針
位置を制御すれば探針位置軌跡により同様に試料の表面
形状を測定することができる。
により変化し、トンネル電流の大きさを測定することに
より試料と探針との間の距離を超精密測定することがで
き、探針位置が既知であれば試料の表面形状を求めるこ
とができる。またトンネル電流が一定になるように探針
位置を制御すれば探針位置軌跡により同様に試料の表面
形状を測定することができる。
第５図はこのような走査型トンネル顕微鏡の概略構成を
示す図で、１は探針、２は試料、３は３次元アクチュエ
ータ、４はＸＹ走査回路、５はサーボ回路、６はトンネ
ル電流増幅器、７は電池、８はメモリ、９はＣＰＵ、１
０は表示装置である。
示す図で、１は探針、２は試料、３は３次元アクチュエ
ータ、４はＸＹ走査回路、５はサーボ回路、６はトンネ
ル電流増幅器、７は電池、８はメモリ、９はＣＰＵ、１
０は表示装置である。
３次元アクチエエータ３は一つの圧電素子をくりぬいて
構成しており、ＣＰＵ９、メモリ８を通して制御され、
ＸＹ走査回路４によりＹ軸、Ｙ軸方向圧電素子に対して
印加電圧を掃引することにより探針１をＹ軸、Ｙ軸方向
に移動して走査し、またサーボ回路５を通してＺ軸方向
圧電素子に対する電圧を制御することによりトンネル電
流が一定に制御され、そのときの電圧値はＣＰＵに読み
込まれて表示装置１０に表示され、試料の表面形状を観
察することができる。
構成しており、ＣＰＵ９、メモリ８を通して制御され、
ＸＹ走査回路４によりＹ軸、Ｙ軸方向圧電素子に対して
印加電圧を掃引することにより探針１をＹ軸、Ｙ軸方向
に移動して走査し、またサーボ回路５を通してＺ軸方向
圧電素子に対する電圧を制御することによりトンネル電
流が一定に制御され、そのときの電圧値はＣＰＵに読み
込まれて表示装置１０に表示され、試料の表面形状を観
察することができる。
このような３次元アクチュエータ３としては、第６図に
示すように圧電素子１１をトライポット型にネジ止め等
により結合した片持ち式のものや、またこれよりも剛性
を高くするために、第７図に示すように圧電素子１１を
、Ｙ軸、Ｙ軸は両端支持、Ｙ軸は一端支持するようにし
たものも使用されている。
示すように圧電素子１１をトライポット型にネジ止め等
により結合した片持ち式のものや、またこれよりも剛性
を高くするために、第７図に示すように圧電素子１１を
、Ｙ軸、Ｙ軸は両端支持、Ｙ軸は一端支持するようにし
たものも使用されている。
〔発明が解決すべき問題点〕
しかしながら、従来のトライポット型のものは固を振動
数が１〜３ＫＨｚと低く、そのため走査速度を速くする
ことができなかった。そのため熱ドリフト等の影響を受
は易く、流れた像になり易いという問題があった。また
Ｙ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の各動きが他の軸に影響を与えてしま
い、その歪を小さくすると共に、動きを大きくとろうと
すると、どうしても大型になってしまうという問題があ
った。
数が１〜３ＫＨｚと低く、そのため走査速度を速くする
ことができなかった。そのため熱ドリフト等の影響を受
は易く、流れた像になり易いという問題があった。また
Ｙ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の各動きが他の軸に影響を与えてしま
い、その歪を小さくすると共に、動きを大きくとろうと
すると、どうしても大型になってしまうという問題があ
った。
ところで走査ンネル顕微鏡の場合、試料のどこを観察し
ているのか分りにくいので、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ
）に組込んでＴＥＭ、或いは反射電子ａ微鏡（ＲＥＭ）
法により視野探しを行うと共に、さらに超精密にトンネ
ル顕微鏡で観察することが望まれているが、従来のトラ
イポット型のスキャナではＴＥＭホルダに搭載すること
は不可能で、ＳＴＭをＴＥＭの試料室に組み入れて使用
することはできなかった。
ているのか分りにくいので、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ
）に組込んでＴＥＭ、或いは反射電子ａ微鏡（ＲＥＭ）
法により視野探しを行うと共に、さらに超精密にトンネ
ル顕微鏡で観察することが望まれているが、従来のトラ
イポット型のスキャナではＴＥＭホルダに搭載すること
は不可能で、ＳＴＭをＴＥＭの試料室に組み入れて使用
することはできなかった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、各軸が独
立して歪を少なくすることができ、高速走査が可能であ
ると共に、ＴＥＭ用ホルダ内に組み込むことができ、Ｔ
ＥＭ像またはＲＥＭ像とＳＴＭ像の同時観察を行うこと
ができる走査トンネル顕微鏡のスキャナを提供すること
を目的とする。
立して歪を少なくすることができ、高速走査が可能であ
ると共に、ＴＥＭ用ホルダ内に組み込むことができ、Ｔ
ＥＭ像またはＲＥＭ像とＳＴＭ像の同時観察を行うこと
ができる走査トンネル顕微鏡のスキャナを提供すること
を目的とする。
そのために本発明の走査トンネル顕微鏡のスキャナは、
直交する３軸方向にそれぞれ変位するように駆動電圧が
印加される薄板からなる３軸ピエゾ素子エレメントを接
着積層したスキャナであって、直交する３軸のうち２軸
のピエゾ素子エレメントについて、スベリ変位を生じさ
せると共に、他の１軸のピエゾ素子エレメントについて
は厚み方向変位を生じさせるようにしたことを特徴とす
る。
直交する３軸方向にそれぞれ変位するように駆動電圧が
印加される薄板からなる３軸ピエゾ素子エレメントを接
着積層したスキャナであって、直交する３軸のうち２軸
のピエゾ素子エレメントについて、スベリ変位を生じさ
せると共に、他の１軸のピエゾ素子エレメントについて
は厚み方向変位を生じさせるようにしたことを特徴とす
る。
本発明は、直交する３軸方向にそれぞれ変位するように
駆動電圧が印加される薄板からなる３軸ピエゾ素子エレ
メントを接着積層し、直交する３軸のうち２軸のピエゾ
素子エレメントについて、スベリ変位を生じさせると共
に、他の１軸のピエゾ素子エレメントについては厚み方
向変位を生じさせることにより３軸方向に対して独立し
て変位を生じさせることを可能にすると共に、スキャナ
を極めて小さく構成することができる。
駆動電圧が印加される薄板からなる３軸ピエゾ素子エレ
メントを接着積層し、直交する３軸のうち２軸のピエゾ
素子エレメントについて、スベリ変位を生じさせると共
に、他の１軸のピエゾ素子エレメントについては厚み方
向変位を生じさせることにより３軸方向に対して独立し
て変位を生じさせることを可能にすると共に、スキャナ
を極めて小さく構成することができる。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明による走査トンネル顕微鏡のスキャナの
一実施例を示す図で、同図（イ）は平面図、同図（ロ）
は縦側面図、同図（ハ）は横側面図、第２図はスキャナ
の２軸変位を説明すための図である。図中、１１はスキ
ャナー本体、１２は端子板、１３．１４．１５は絶縁板
、１６はＺ軸エレメント、１７はＸ軸エレメント、１８
はＹ軸エレメント、１９〜２１はＹ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の各
端子、２２はＧＮＤ端子、２３はリード線である。
一実施例を示す図で、同図（イ）は平面図、同図（ロ）
は縦側面図、同図（ハ）は横側面図、第２図はスキャナ
の２軸変位を説明すための図である。図中、１１はスキ
ャナー本体、１２は端子板、１３．１４．１５は絶縁板
、１６はＺ軸エレメント、１７はＸ軸エレメント、１８
はＹ軸エレメント、１９〜２１はＹ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の各
端子、２２はＧＮＤ端子、２３はリード線である。
図において、スキャナ本体１１は接着剤で結合したＰＺ
ＴからなるＹ軸、Ｙ軸エレメント１７．１８と、これら
と絶縁板１４で絶縁され、層状に積層して接着されたＰ
ＺＴからなるＺ軸エレメント１６からなり、端子板１２
からウレタン被覆したリード線によりそれぞれ駆動電圧
が供給されている。図ではスキャナ本体１１と端子板１
２とは分離して示しているが、これは一体であってもよ
い。そして、Ｙ方向とＺ方向の変位にはＰＺＴの厚みす
べり（ズレ）方向変位を用い、Ｘ方向変位には厚み方向
変位を使用する。またＺ軸エレメント１６はＰＺＴを４
枚積み重ねて積層型とし、それによってＺ方向の変位量
を大きくするようにしている。このＺ軸エレメントの先
端に図示しない探針を取りつける。
ＴからなるＹ軸、Ｙ軸エレメント１７．１８と、これら
と絶縁板１４で絶縁され、層状に積層して接着されたＰ
ＺＴからなるＺ軸エレメント１６からなり、端子板１２
からウレタン被覆したリード線によりそれぞれ駆動電圧
が供給されている。図ではスキャナ本体１１と端子板１
２とは分離して示しているが、これは一体であってもよ
い。そして、Ｙ方向とＺ方向の変位にはＰＺＴの厚みす
べり（ズレ）方向変位を用い、Ｘ方向変位には厚み方向
変位を使用する。またＺ軸エレメント１６はＰＺＴを４
枚積み重ねて積層型とし、それによってＺ方向の変位量
を大きくするようにしている。このＺ軸エレメントの先
端に図示しない探針を取りつける。
例えばＺ軸の変位について説明すると、第２図に示すよ
うに２軸エレメント１６ａのズレによる変位に対して、
エレメント１６ｂがさらにズレによる変位を生じ、順次
ズレ変位が重畳され、その結果先端部においては大きな
変位量を得ることができる。
うに２軸エレメント１６ａのズレによる変位に対して、
エレメント１６ｂがさらにズレによる変位を生じ、順次
ズレ変位が重畳され、その結果先端部においては大きな
変位量を得ることができる。
このような本発明におけるスキャナでは、−枚一枚のエ
レメントを極めて薄くすると共に、これらを非常に薄い
接着層で接着すると、ＰＺＴ単体における固有振動数を
殆ど低下させることなく、２５０ＫＨｚ以上の固有振動
数を得ることができる。また各軸の動きは互いに独立で
あるので、歪のない変位を得ることが可能となる。また
各エレメントは０．３龍と薄く、接着層を極めて薄くす
ることにより全体でも約１．６細Ｘ ３ ｍ Ｘ ５
ｕ＋程度の大きさで構成することができる。
レメントを極めて薄くすると共に、これらを非常に薄い
接着層で接着すると、ＰＺＴ単体における固有振動数を
殆ど低下させることなく、２５０ＫＨｚ以上の固有振動
数を得ることができる。また各軸の動きは互いに独立で
あるので、歪のない変位を得ることが可能となる。また
各エレメントは０．３龍と薄く、接着層を極めて薄くす
ることにより全体でも約１．６細Ｘ ３ ｍ Ｘ ５
ｕ＋程度の大きさで構成することができる。
第３図は本発明のスキャナを組み込んだ透過型電子顕微
鏡により反射像を得る場合の概略構成を示す図、第４図
は電子線の軌跡を示す図で、図中、３１はホルダ、３２
は試料、３３は試料固定台、３４はＳＴＭ走査部、３５
はＳＴＭ針、３Ｇは対物レンズ（ＯＬ）ポールピース、
３７は光軸、３８は偏向器、３８ａ、３８ｂは第１、第
２偏向器、３９は対物レンズである。
鏡により反射像を得る場合の概略構成を示す図、第４図
は電子線の軌跡を示す図で、図中、３１はホルダ、３２
は試料、３３は試料固定台、３４はＳＴＭ走査部、３５
はＳＴＭ針、３Ｇは対物レンズ（ＯＬ）ポールピース、
３７は光軸、３８は偏向器、３８ａ、３８ｂは第１、第
２偏向器、３９は対物レンズである。
ホルダ３１は、図示しないサイドエントリゴニオメータ
により移動させられて試料３２を所定位置にゼットする
ようになっている。このホルダ３１内には、試料３２が
試料固定台３３に図示のように取りつけられ、またピエ
ゾ素子からなるＳＴＭ走査部３４が収納され、ＳＴＭ針
３５が試料３１に対向して設けられている。このＳＴＭ
走査部３４は、前述したように約１．６龍Ｘ ３ ａｍ
Ｘ ５ ｕ程度のものであるので、ホルダ３１内に十
分収納可能である。
により移動させられて試料３２を所定位置にゼットする
ようになっている。このホルダ３１内には、試料３２が
試料固定台３３に図示のように取りつけられ、またピエ
ゾ素子からなるＳＴＭ走査部３４が収納され、ＳＴＭ針
３５が試料３１に対向して設けられている。このＳＴＭ
走査部３４は、前述したように約１．６龍Ｘ ３ ａｍ
Ｘ ５ ｕ程度のものであるので、ホルダ３１内に十
分収納可能である。
上記構成において、光軸に沿って試料面に平行に放出さ
れた電子線が、対物レンズ３９の前方磁場と対物レンズ
上方に設置された偏向器３８により曲げられかつ集束さ
れて試料面にある角度を持ってスポット状に照射されそ
こで反゛射されたビームは光軸上を通って対物レンズ下
方に反射像を結像する。その反射像が図示しない感光面
状に結像されて試料面の観察が行われる。このとき、試
料面が光軸に平行であるために、凹凸部分が電子線に対
して影となるために、その形状に対応して縞が観察され
る。この凹凸の程度はＳＴＭ走査部３４を駆動してＳＴ
Ｍ走査計３５により超精密に測定される。この場合、前
述したようにＳＴＭの分解能は原子レベルであるので、
ＳＴＭ針の許容される振動の振幅は０．１Å以下である
が、本発明においては試料と針とが１つのホルダ内に固
定されているため耐振上極めて有利となる。また、ＳＴ
Ｍの探針を試料に近づける際、ＴＥＭ像として観察する
ことができるのでＳＴＭの探針を試料面に衝突させてし
まうようなことを防止することができる。
れた電子線が、対物レンズ３９の前方磁場と対物レンズ
上方に設置された偏向器３８により曲げられかつ集束さ
れて試料面にある角度を持ってスポット状に照射されそ
こで反゛射されたビームは光軸上を通って対物レンズ下
方に反射像を結像する。その反射像が図示しない感光面
状に結像されて試料面の観察が行われる。このとき、試
料面が光軸に平行であるために、凹凸部分が電子線に対
して影となるために、その形状に対応して縞が観察され
る。この凹凸の程度はＳＴＭ走査部３４を駆動してＳＴ
Ｍ走査計３５により超精密に測定される。この場合、前
述したようにＳＴＭの分解能は原子レベルであるので、
ＳＴＭ針の許容される振動の振幅は０．１Å以下である
が、本発明においては試料と針とが１つのホルダ内に固
定されているため耐振上極めて有利となる。また、ＳＴ
Ｍの探針を試料に近づける際、ＴＥＭ像として観察する
ことができるのでＳＴＭの探針を試料面に衝突させてし
まうようなことを防止することができる。
以上のように本発明によれば、小型のスキャナを構成す
ることができるので、ＳＴＭをＴＥＭ用ホルダ内に収納
可能となり、探針を試料に近づける際にＴＥＭで観察し
ながら行うことかでき、またＴＥＭとＳＴＭを併用する
ことによりＴＥＭ像またはＲＥＭ像とＳ Ｔ Ｍ像の同
時観察が可能となる。さらに、スキャナの固有振動数を
高くして高速走査ができるので３７Ｍ像のＴＶ観察が可
能になり、また各軸が独立に変位可能であるので、歪の
少ない走査を行うことかできる。
ることができるので、ＳＴＭをＴＥＭ用ホルダ内に収納
可能となり、探針を試料に近づける際にＴＥＭで観察し
ながら行うことかでき、またＴＥＭとＳＴＭを併用する
ことによりＴＥＭ像またはＲＥＭ像とＳ Ｔ Ｍ像の同
時観察が可能となる。さらに、スキャナの固有振動数を
高くして高速走査ができるので３７Ｍ像のＴＶ観察が可
能になり、また各軸が独立に変位可能であるので、歪の
少ない走査を行うことかできる。
第１図は本発明による走査トンネル顕微鏡のスキャナの
一実施例を示す図、第２図はスキャナのＺ軸変位を説明
すための図、第３図は本発明のスキャナを組み込んだ透
過型電子顕微鏡により反射像を得る場合の概略構成を示
す図、第４図は電子線の軌跡を示す図、第５図は走査型
トンネル顕微鏡の概略構成を示す図、第６図、第７図は
従来のトライポット型スキャナを示す図である。 １１・・・スキャナー本体、１２・・・端子板、１３．
１４．１５・・・絶縁板、１６・・・Ｚ軸エレメント、
１７・・・Ｘ軸エレメント、１８・・・Ｙ軸エレメント
、１９〜２１・・・ｋ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各端子、２２・
・・ＧＮＤ端子、２３・・・リード線。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 蛭 川 昌 信（外３名）（ハ） 図面の浄δ 第５図 第６図 第７図 手 続 争甫 正 書 （方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６２年特許願第２８８０７７号２
、発明の名称 走査トンネル顕微鏡のスキャナ３、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号名 称
（４２７）日本電子株式会社代表者 竹 内
隆 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和６３年 ２月 ３日発送日
昭和６３年 ２月２３日
一実施例を示す図、第２図はスキャナのＺ軸変位を説明
すための図、第３図は本発明のスキャナを組み込んだ透
過型電子顕微鏡により反射像を得る場合の概略構成を示
す図、第４図は電子線の軌跡を示す図、第５図は走査型
トンネル顕微鏡の概略構成を示す図、第６図、第７図は
従来のトライポット型スキャナを示す図である。 １１・・・スキャナー本体、１２・・・端子板、１３．
１４．１５・・・絶縁板、１６・・・Ｚ軸エレメント、
１７・・・Ｘ軸エレメント、１８・・・Ｙ軸エレメント
、１９〜２１・・・ｋ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各端子、２２・
・・ＧＮＤ端子、２３・・・リード線。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 蛭 川 昌 信（外３名）（ハ） 図面の浄δ 第５図 第６図 第７図 手 続 争甫 正 書 （方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６２年特許願第２８８０７７号２
、発明の名称 走査トンネル顕微鏡のスキャナ３、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号名 称
（４２７）日本電子株式会社代表者 竹 内
隆 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和６３年 ２月 ３日発送日
昭和６３年 ２月２３日
Claims (2)
- （１）直交する３軸方向にそれぞれ変位するように駆動
電圧が印加される薄板からなる３軸ピエゾ素子エレメン
トを接着積層したスキャナであって、直交する３軸のう
ち２軸のピエゾ素子エレメントについて、スベリ変位を
生じさせると共に、他の１軸のピエゾ素子エレメントに
ついては厚み方向変位を生じさせるようにしたことを特
徴とする走査トンネル顕微鏡のスキャナ。 - （２）直交する３軸のうち少なくとも１軸のピエゾ素子
エレメントは、２枚以上のピエゾ素子が積層されている
特許請求の範囲第１項記載の走査トンネル顕微鏡のスキ
ャナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62288077A JP2556533B2 (ja) | 1987-11-14 | 1987-11-14 | 走査トンネル顕微鏡のスキャナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62288077A JP2556533B2 (ja) | 1987-11-14 | 1987-11-14 | 走査トンネル顕微鏡のスキャナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01129105A true JPH01129105A (ja) | 1989-05-22 |
| JP2556533B2 JP2556533B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=17725504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62288077A Expired - Lifetime JP2556533B2 (ja) | 1987-11-14 | 1987-11-14 | 走査トンネル顕微鏡のスキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556533B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0330250A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 走査トンネル顕微鏡 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196834U (ja) * | 1982-06-23 | 1983-12-27 | 株式会社日立製作所 | Ｘｙｚステ−ジ |
| JPS6059980A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-06 | Rion Co Ltd | 圧電駆動装置 |
| JPS60257776A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電歪駆動素子 |
-
1987
- 1987-11-14 JP JP62288077A patent/JP2556533B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196834U (ja) * | 1982-06-23 | 1983-12-27 | 株式会社日立製作所 | Ｘｙｚステ−ジ |
| JPS6059980A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-04-06 | Rion Co Ltd | 圧電駆動装置 |
| JPS60257776A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電歪駆動素子 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0330250A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 走査トンネル顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2556533B2 (ja) | 1996-11-20 |
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