JPH0493602A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

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。

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に関し、特に微動機構用
の３つのピエゾ素子の分解能を高める構造を有する走査
型トンネル顕微鏡に関するものである。

〔従来の技術〕

走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭという）において、
探針と試料との間にトンネル電流を流した状態において
、このトンネル電流が一定になるように前記探針を試料
の表面に沿ってＸ方向及びＸ方向に走査を行い、且つ試
料の表面の凹凸に追従して２方向に移動させるための手
段として微動機構が使用される。ＳＴＭにおける従来の
微動機構は、通常ピエゾ（圧電）素子を所要の変位を発
生するためのアクチュエータとして利用したピエゾトラ
イボッドが使用される。ピエゾトライボッドの典型的構
造としては、相互に直交するｘ、ｙ。

２の各方向について微動を発生する３つのピエゾ素子を
備え、これらのピエゾ素子の互いに近接する一端を探針
ホルダに結合し、各ピエゾ素子の他端をトライボッドベ
ースに結合するという構造を採用していた。探針は、探
針ホルダにおいて前記の２方向ピエゾ素子が結合された
面の反対側の面に取り付けられる。また探針をトンネル
電流が流れる程度の距離まで接近させる粗動機構につい
ては、レビュー・オブ・サイエンティフィック・インス
ツルメンツ６０．４月（１９８９年）第７８９頁から第
７９１頁においてインチワーム機構が論じられている。

このインチワーム機構は、例えば２方向に粗動を行うた
めのアクチュエータとしてのピエゾ素子と、ピエゾ素子
の両端のそれぞれに固定された試料側に近い前足と遠い
後足と、前足及び後足のそれぞれを適宜なタイミングで
固定するためのクランプ機構とにより構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＳＴＭ微動機構におけるｘ、ｙ、ｚの各方向のピ
エゾ素子の配置構造では、例えば試料表面の凹凸に追従
して探針を微動させる２方向のピエゾ素子が伸長動作す
るとき、試料表面を走査するためのｘ、ｙの方向の各ピ
エゾ素子を曲げながら動作を行わなければならないため
、Ｘ方向及びＸ方向のピエゾ素子が負荷となって追従性
が悪（なり、２方向の分解能を高くすることができない
という不具合があった。かかるピエゾ素子における追従
側の悪さは構造上Ｘ方向及びＸ方向のピエゾ素子につい
ても同じことがいえる。

また粗動機構である従来のインチワーム機構では、探針
が試料の傾斜や温度及び機械的なドリフトに迅速に追従
できるように微動機構の２方向ピエゾ素子の伸び量を適
切な値に設定するために、更に２方向ピエゾ素子がその
動作範囲から外れたときに前足と後足の間のピエゾ素子
で探針と試料の距離を前記動作範囲に入るよう調整する
ために、測定時には、後足をクランプし且つ前足をアン
クランプした状態に保持する。従って前足は浮いた状態
にあり、振動要素としての質量が大きくなるので、前足
部分で固定された微動機構とインチワームで構成される
系の固有振動数が低くなり、特に高速で探針を走査しよ
うとするとき追従できず、測定時の分解能が低下すると
いう不具合があった。

本発明の目的は、上記の問題に鑑み、測定分解能の高い
微動機構と粗動機構を備えたＳＴＭを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る走査型トンネル顕微鏡は、上記目的を達成
するため、次のような特徴を有して構成される。

本発明に係る第１の走査型トンネル顕微鏡は、探針を備
え、この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の
距離まで接近させ、微動機構により探針を移動し試料の
表面を走査させる走査型トンネル顕微鏡において、微動
機構は、試料の表面を２次元的に走査する第１方向及び
第２方向のピエゾ素子と、探針を備え試料と探針との距
離をトンネル電流が流れる距離に保持する第３方向のピ
エゾ素子とを有し、第１方向及び第２方向のピエゾ素子
の一端を基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
共に、第３方向のピエゾ素子の一端を連結部材の試料に
向かう面に固定したことを特徴とする。

本発明に係る第２の走査型トンネル顕微鏡は、探針を備
え、この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の
距離まで接近させ、微動機構により探針を移動し試料の
表面を走査させる走査型トンネル顕微鏡において、微動
機構は、試料の表面を２次元的に走査する第１方向及び
第２方向のピニジ素子と、探針を備え試料と探針との距
離をトンネル電流が流れる距離に保持する第３方向のピ
エゾ素子とを有し、第１方向及び第２方向のピエゾ素子
の一端を基台に固定し且っ他端を連結部材に固定すると
共に、第３方向のピエゾ素子の一端を連結部材の試料に
向かう面に固定し、連結部材の試料に向かう面の反対側
の面と基台との間に第３方向の探針位置を調整する行う
他のピエゾ素子を設けたことを特徴とする。

本発明に係る第３の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備え、粗動機構が試料に近い側
と遠い側の２つの足部とこれらの２つの足部を連結する
ピエゾ素子と各足部のクランプ機構とからなり、測定時
に試料に遠い足部をクランプ状態且つ試料に近い足部を
アンクランプ状態とし、微動機構が互いに直交する３つ
のピエゾ素子を有する走査型トンネル顕微鏡において、
微動機構の３つのピエゾ素子のうち、試料の表面を２次
元的に走査する第１方向及び第２方向のピエゾ素子の一
端を粗動機構の試料に近い側の足部に固定された基台に
固定し且つ他端を連結部材に固定すると共に、探針を備
え試料と探針との距離をトンネル電流が流れる距離に保
持する第３方向のピエゾ素子の一端を連結部材の試料に
向かう面に固定したことを特徴とする。

本発明に係る第４の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備え、粗動機構が試料に近い側
と遠い側の２つの足部とこれらの２つの足部を連結する
ピエゾ素子と各足部のクランプ機構とからなり、測定時
に試料に遠い足部をクランプ状態且つ試料に近い足部を
アンクランプ状態とし、微動機構が互いに直交する３つ
のピエゾ素子を有する走査型トンネル顕微鏡において、
微動機構の３つのピエゾ素子のうち、試料の表面を２次
元的に走査する第１方向及び第２方向のそれぞれのピエ
ゾ素子の一端を粗動機構の試料に近い側の足部に固定さ
れた基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると共に
、探針を備え試料と探針との距離をトンネル電流が流れ
る距離に維持する第３方向のピエゾ素子の一端を連結部
材の試料に向かう面に固定し、連結部材と基台との間に
探針の第３方向の位置変化を拘束する軸部材を配設した
ことを特徴とする。

本発明に係る第５の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備え、粗動機構が試料に近い側
と遠い側の２つの足部とこれらの２らの足部を連結する
ピエゾ素子と各足部のクランプ機構とからなり、微動機
構が互いに直交する３つのピエゾ素子を有する走査型ト
ンネル顕微鏡において、微動機構の３つのピエゾ素子の
うち、試料の表面を２次元的に走査する第１方向及び第
２方向のピエゾ素子の一端を粗動機構の試料に近い側の
足部に固定された基台に固定し且つ他端を連結部材に固
定すると共に、探針を備え試料と探針との距離をトンネ
ル電流が流れる距離に保持する第３方向のピエゾ素子の
一端を連結部材の試料に向かう面に固定し、第３方向の
距離調整用のピエゾ素子を基台と連結部材との間に配設
し、測定時に試料に近い側の足部をクランプ状態にした
ことを特徴とする。

本発明に係る第６の走査型トンネル顕微鏡は、前記第５
の構成において、距離調整用のピエゾ素子は、探針と試
料との距離が第３方向の微動用ピエゾ素子の可動範囲を
越えたとき、距離調整を行うことを特徴とする。

本発明に係る第７の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備える走査型トンネル顕微鏡に
おいて、比較的長い距離で探針を移動させる粗動機構に
対し、その移動距離よりも短い距離で探針を移動させる
移動機構を備えたことを特徴とする。

本発明に係る第８の走査型トンネル顕微鏡は、前記第７
の構成において、粗動機構によってトンネル電流が流れ
るまで探針を移動し、トンネル電流が生じた後は探針を
所定距離まで後退させ、次に移動機構で再度トンネル電
流が流れる距離まで移動させた状態で微動機構を動作す
るようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明による走査型トンネル顕微鏡では、互いに直交す
る３方向のそれぞれに微動用ピエゾ素子を有する走査型
トンネル顕微鏡であることを前提とし、３つの各ピエゾ
素子の間において、探針を試料表面の凹凸に追従して移
動させる方向のピエゾ素子が走査用のピエゾ素子を曲げ
ることなく無負荷の状態で動作するように構成される。

また同様に走査用のピエゾ素子が、試料表面追従用のピ
エゾ素子を曲げることなく動作するように構成される。

本発明による走査型トンネル顕微鏡では、粗動機構によ
る移動距離よりも短い距離の移動を行える距離調整用の
移動機構を設け、測定時には粗動機構の前足と後足をク
ランプして測定を行えるようにした。これによって系の
固有振動数を高め、高速な走査を可能とし、８７Ｍ測定
の高分解能化を行える。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係るＳＴＭの第１実施例の側面図を示
す。第１図において、１は８７Ｍベースであり、８７Ｍ
ベース１は直交するように配置された２つの面１ａと１
ｂを有するように形成される。面１ａには試料ステージ
２が設置され、試料ステージ２は、Ｘステージ３とこれ
を案内するクロストローラベアリング４、Ｘステージ５
とこれを案内するクロストローラベアリング６で構成さ
れる。Ｘステージ３はＸ方向（第１図中紙面に直゛角な
方向）に移動自在であり、Ｘステージ５はｙ方向（面１
ａの傾斜方向；Ｘ方向とｙ方向は直交している）に移動
自在である。Ｘステージ３とＸステージ５の可動機構の
構成についての説明は省略される。Ｘステージ５の上面
にはホルダ台７が同段され、ホルダ台７の上には、試料
８を接着により取付けたホルダ９が、押えバネ１ｏで固
定されている。

一方、８１Ｍステージ１の面１ｂには、探針やその微動
機構及び粗動機構等からなるＳＴＭの構成部分が設置さ
れる。試料８の表面に対し直角に配置された１１は探針
であり、この探針１１はネジ１２で探針ホルダ１３に固
定される。１４と１５は、試料８と探針１１との間でト
ンネル電流が生じる距離まで探針１１を試料８に近づけ
るための粗動機構であるインチワームの足であり、面１
ｂに配置されている。足１４は試料８に近い前足、足１
５は試料８から遠い後足である。インチワームは、前足
１４と後足１５の機構により次のように移動する。ピエ
ゾアクチュエータ１６にバネ１７に打勝つように電圧を
印加し、クランパ１８を延ばし、足１４からクランパ１
８を離してアンクランプ状態にする。足１５については
、クランパ１９のピエゾアクチュエータ２２の電圧をオ
フにし、バネ２１で引き戻すことによりクランプ状態に
する。この状態において、前足１４と後足１５を連結す
るピエゾアクチュエータ２２に電圧を印加するとピエゾ
アクチュエータ２２が伸びる。次に、前足１４の機構を
クランプ状態に切替え且つ後足１５の機構をアンクラン
プ状態に切替えると共にピエゾアクチュエータ２２の電
圧をオフにすると、前足１４と後足１５をそれぞれ１歩
前進する。以上の動作制御を繰り返すことにより、イン
チワームは前進することができ、この前進動作によりイ
ンチワーム上前端部に配設される探針１１を大きな変位
で試料８に近づけることができる。

また、インチワームの前足１４と後足１５の各機構に対
し反対の動作制御を行うことにより後退することができ
る。なお前足１４及び後足１５は面１ｂに形成された溝
２３に案内されて移動する。

次に第１図及び第２図に基づいて微動機構の構成につい
て説明する。第２図は第１図において■−Ｕ線から見た
微動機構の正面図である。前足１４にはトライボッドベ
ース２４が取付けられる。

トライボッドベース２４には、探針１１を試料８の表面
上でＸ方向及びＸ方向に走査させるそれぞれのピエゾ素
子２６．２７の一端が連結され、ピエゾ素子２６．２７
の他端にはトライボッドヘッド２５に連結される。こう
してトライボッドベース２４上にはピエゾ素子２６．２
７によって支持されたトライボッドヘッド２５が配設さ
れる。ピエゾ素子２６．２７は直交する配置関係にある
。

トライボッドヘッド２５の試料８に向かう面には、２方
向すなわち探針１１を試料８の表面の凹凸に追従して微
動するピエゾ素子２８の一端が接着等で取り付けられる
。ピエゾ素子２８の他端には前述の探針ホルダ１３が固
定される。探針ホルダ１３に取り付けられた探針１１は
試料８の表面に直角に臨む。

以上によりピエゾトライボッドが形成され、このピエゾ
トライボッドは探針１１を試料８の表面に沿って所定の
間隔を保持した状態で走査するように移動させ、もって
ＳＴＭ像を作成するための微動機構として動作する。ピ
エゾ素子２８は探針１１を試料８に対し試料表面の凹凸
に追従するように接近又は離反させる。２つのピエゾ素
子２６゜２７は探針１１を試料８の表面上で走査させる
ためのものである。ＳＴＭ像を作成するとき試料８の表
面における傾斜や温度及び機械的なドリフトによって探
針１１が２方向微動用のピエゾ素子２８の動作可能範囲
から外れることがある。かかる事態に配慮して、インチ
ワームの前足１４はアンクランプ状態、後足１５はクラ
ンプ状態に保持され、前足１４と後足１５を連結するピ
エゾ素子２２に印加する駆動電圧を調整することにより
、探針１１と試料８の間隔を所定値に再調整できるよう
に構成されている。

試料ステージ２とＳＴＭ構成部分を搭載した前記の８７
Ｍベース１は、３枚の金属板２９，３０゜３１を介して
ベース３２の上に設置される。ベージ３２、金属板２９
〜３１．８７Ｍベース１のそれぞれの間には、外部から
ベース３２に振動が伝わるのを防ぐ目的で、ゴム部材３
３が介設されている。

上記の構成によれば、２方向の微動用ピエゾ素子２８と
Ｘ方向及びＸ方向の微動用ピエゾ素子２６．２７とが互
いに影響を与えない構造となったため、ピエゾ素子２８
を、走査用のピエゾ素子２６．２７を曲げることなく無
負荷の状態で動作させることができ、これによって試料
８の表面の凹凸形状への追従が向上し、２方向の測定分
解能が向上する。同様にしてｘ、　　Ｘ方向の走査につ
いても２方向のピエゾ素子２８を曲げることなく行うこ
とができるので、Ｘ方向及びＸ方向の分解能も向上する
。

ＳＴＭ測定時にはインチワームの前足１４はアンクラン
プ状態にされ、前足１４は面１ｂかられずかに離れてい
る。そのため剛性の低い粗動用のピエゾ素子２２はバネ
として作用し、前足１４とピエゾトライボッドとを質量
とする振動系が構成される。しかしながら、本実施例に
よる構成では、２方向のピエゾ素子２８をトライボッド
ベース２４に取り付けないようにしたためトライボッド
ベース２４を小型φ軽量化することができ、系の固有振
動数を高くすることができるため高速で走査してもｘ、
ｙ、ｚの各方向の分解能を向上させることができる。

次に第３図に基つきピエゾトライボッドの変更実施例に
ついて説明する。１４はインチワームの前足であり、そ
の前端にトライボッドベース２４が取り付けられ、更に
ピエゾ素子２６．２７、トライボッドヘッド２５、ピエ
ゾ素子２８、探針ホルダ１３、探針１１等については、
前記実施例の場合と同様な構成を有している。トライボ
ッドベース２４の背面側にはＬ字型の連結部材４１が固
設され、連結部材４１はトライボッドベース２４と一体
化される。連結部材４１は、同一物でトライボッドベー
ス２４と一体的に形成することもできる。この連結部材
４１の先端部とトライボッドヘッド２５との間において
Ｚ方向の軸部材４２が固定される。図中軸部材４２の左
端は、２方向の微動用ピエゾ素子２８が取り付けられた
トライボッドヘッド２５の面の反対側の面に取り付けら
れる。また軸部材４２の図中右端にはくびれ部４２ａが
形成される。

上記構成はＸ及びｙの方向の走査範囲が大きい広域測定
に好適である。走査範囲を大きくするには、通常Ｘ方向
とｙ方向のピエゾ素子２６．２７の長さを大きくする必
要がある。Ｘ方向とｙ方向のピエゾ素子２６．２７の長
さを大きくすると、トライボッドヘッド２５等の加工、
組立て精度によりｘ、ｙ方向に探針１１を走査したとき
、２方向の変位が大きくなるので、軸部材４２で２方向
の変位を拘束する。前記のくびれ部４２ａを設ける構造
により軸部材４２は右端を中心に曲りやすい構造を有し
、Ｘ方向及びｙ方向のピエゾ素子２６．２７は大きな負
荷を有さす、容易に伸長動作することができる。本実施
例の構成によれば、広域測定を行えると同時に、ｘ、ｙ
、ｚの各方向の測定分解能を向上させることができる。

また本実施例の構造では、連結部材４１を設けるように
したためピエゾトライボッドが重くなり、固有振動数が
低くなるが、広域測定の場合には低速で走査するので、
固有振動数の低下による分解能の低下は極めて小さいも
のとなる。

第４図は本発明の他の実施例の構成を示す。第４図に示
された構成は大部分第１図に示された構成と同じであり
、同一要素には同一の符号を付している。この実施例で
は特にピエゾトライボッド部分の構造を変更している。

前記の各実施例の場合と同様に、インチワームの前足１
４の取り付けられたトライボッドベース２４にＸ方向と
ｙ方向のピエゾ素子２６．２７を配設し、更にピエゾ素
子２６．２７の上にトライボッドヘッド２５を配設する
。トライボッドヘッド２５の試料８に対向する面には２
方向微動用ピエゾ素子２８、探針ホルダ１３、探針１１
等が組み付けられる。またトライボッドベース２４の試
料８に向かって背面側の面にＬ字型の連結部材５１が固
定され、この連結部材５１とトライボッドヘッド２５と
の間には２方向に伸縮する距離調整用のピエゾ素子５２
が配設される。

上記構成では、粗動機構であるインチワームの前足１４
と後足１５のクランプ及びアンクランプの制御、ピエゾ
アクチュエータ２２の伸縮動作の制御を行うことにより
探針１１と試料８との距離を調整し、探針１１をトンネ
ル電流が流れるまで試料８に近づける。トンネル電流が
所定量流れた後、ピエゾアクチュエータ２２の印加電圧
を低下し、前足１４を所定の位置まで後退させてクラン
プする。次に２方向微動用のピエゾ素子２８の伸び量が
最大になるように電圧を印加し、この状態で更に距離調
整用のピエゾ素子５２の駆動電圧をを高くし、探針１１
と試料８との間でトンネル電流が流れるまで探針１１を
試料８に近づける。その後ピエゾ素子５２の印加電圧を
更に向上し、ピエゾ素子５２を伸長する。この時に、微
動用のピエゾ素子２８はピエゾ素子５２の伸びに対応し
てトンネル電流が一定に保持されるように収縮の制御が
行われる。この制御状態において、Ｚ方向の微動用ピエ
ゾ素子２８の伸び量の約半分の値、すなわちピエゾ素子
２８の動作範囲のほぼ中間値となった時にピエゾ素子５
２の印加電圧を０にし、この状態でｘ、　　ｙの各方向
の走査用ピエゾ素子２６．２７の動作を開始し、ＳＴＭ
像を作成する。

上記の構成によれば、前記の各実施例と同様に、Ｚ方向
の微動用ピエゾ素子２８を、ｘ、ｙ方向の走査用ピエゾ
素子２６．２７を曲げることなく無負荷で動作させるこ
とができるので、試料８の表面形状への追従性が向上し
、Ｚ方向の分解能が向上する。またＺ方向の距離調整用
のピエゾ素子５２を設けるようにしたため、インチワー
ムの前足１４をクランプ状態に保持して８７Ｍ測定する
ことができ、ピエゾアクチュエータ２２に起因する系の
固有振動数の低下をなくすことができ、高い固有振動数
に保持することができる。この結果、高速での走査が可
能となり、特に高速走査時のＸ。

ｙ、ｚの各方向の分解能をすべて向上させることができ
る。原子レベル或いはそれより１桁大きい表面形状を測
定する場合には、温度ドリフトの影響を避けるために特
に高速での走査が必要となる。

この場合にはＸ方向及びｙ方向の走査範囲は小さいもの
となり、従ってピエゾ素子２６．２７は伸縮方向の長さ
が短いものを使用する。一方、トラィポッドヘッド２５
と連結部材５１の間に配設された２方向の距離調整用の
ピエゾ素子５２はピエゾ素子２６．２７よりも長いもの
が使用されるので、曲がりゃすく、このため！、！走査
用のピエゾ素子の動作が容易となり、Ｘ方向及びｙ方向
の分解能も向上させることができる。

なお距離調整用のピエゾ素子５２によって調整できる距
離はインチワームによって調整できる距離よりも短いも
のとなる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ＳＴＭ
の微動機構において、試料表面の凹凸に追従して動作さ
せる２方向のピエゾ素子はｘ、　　ｙ方向のピエゾ素子
を曲げることなく動作することができるので、負荷がな
くなり、分解能を向上することができる。また同様にし
にてｘ、ｙ方向のピエゾ素子についても小さな負荷で動
作させることができ、それらの分解能を高めることがで
きる。

またピエゾトライボッドを構造的に軽量化したため、固
有振動数を高めることができ、移動速度を高めることが
でき、高速化を達成することができる。

また粗動機構の他に距離調整用の移動機構部を設けるよ
うにし、測定時に粗動機構であるインチワームの前足部
分をクランプ状態にすることができるので、固有振動数
を更に高め、高速走査を実現し、且っＳＴＭの測定分解
能を向上させることができる。

更に、基台とトライボッドヘッドとの間に所定の長さの
細部材を設けるようにしたものでは、走査用ピエゾ素子
の動作によって走査を行った時、トライボッドヘッドの
位置の変化を拘束することができ、位置変動のない適切
な走査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すＳＴＭの要部側面図、
第２図は第１図中の■−■線から見た微動機構の正面図
、第３図はピエゾトライボッドの変更実施例を示す図、
第４図は本発明の他の実施例を示す第１図と同様な図で
ある。 〔符号の説明〕 １・拳・・・ ２　・　−・　−・ ３・・・・・ ５・・−・・ ８・・・・・ ９・・・・・ １１・−ａ番 １３φ・・・ １４・・・・ １５・・・・ １８．１９ψ ２２・・・・ ２４・・・・ ２５φ・・・ ２６．２７・ ４１・・・・ ４２・・・・ ５１・・・− ５２・・・・ ・３７Ｍペース ・試料ステージ ・Ｘステージ ・ｙステージ ・試料 ・試料ホルダ ・探針 畢探針ホルダ ・インチワーム前足 ・インチワーム後足 一クランパ ・ピエゾアクチュエータ ・、トライボッドベース ・トライボッドヘッド ・走査用ピエゾ素子 ・連結部材 ・軸部材 ・連結部材 ・距離調整用のピエゾ素子 １・・・ＳＴＭベース ２・・・試料ステージ ３・・Ｘステージ ９・・・ホルダ １１・・・探針 １８．１９・・・クランパ ２２・・・ピエゾアクチュエータ ２４・・・トライボッドベース ４１・・・連結部材 ４２・・・軸部材 １５・・・インチワーム後足

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）探針を備え、この探針を試料に対しトンネル電流
   が流れる程度の距離まで接近させ、微動機構により前記
   探針を移動し試料の表面を走査させる走査型トンネル顕
   微鏡において、前記微動機構は、前記試料の表面を２次
   元的に走査する第１方向及び第２方向のピエゾ素子と、
   前記探針を備え前記試料と前記探針との距離を前記トン
   ネル電流が流れる前記距離に保持する第３方向のピエゾ
   素子とを有し、第１方向及び第２方向の前記ピエゾ素子
   の一端を基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
   共に、第３方向の前記ピエゾ素子の一端を前記連結部材
   の前記試料に向かう面に固定したことを特徴とする走査
   型トンネル顕微鏡。
2. （２）探針を備え、この探針を試料に対しトンネル電流
   が流れる程度の距離まで接近させ、微動機構により前記
   探針を移動し試料の表面を走査させる走査型トンネル顕
   微鏡において、前記微動機構は、前記試料の表面を２次
   元的に走査する第１方向及び第２方向のピエゾ素子と、
   前記探針を備え前記試料と前記探針との距離を前記トン
   ネル電流が流れる前記距離に保持する第３方向のピエゾ
   素子とを有し、第１方向及び第２方向の前記ピエゾ素子
   の一端を基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
   共に、第３方向の前記ピエゾ素子の一端を前記連結部材
   の前記試料に向かう面に固定し、前記連結部材の試料に
   向かう前記面の反対側の面と前記基台との間に前記第３
   方向の探針位置を調整する行う他のピエゾ素子を設けた
   ことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
3. （３）探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
   れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
   移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備え、前記
   粗動機構が試料に近い側と遠い側の２つの足部とこれら
   の２つの足部を連結するピエゾ素子と各足部のクランプ
   機構とからなり、測定時に試料に遠い足部をクランプ状
   態且つ試料に近い足部をアンクランプ状態とし、前記微
   動機構が互いに直交する３つのピエゾ素子を有する走査
   型トンネル顕微鏡において、前記微動機構の前記３つの
   ピエゾ素子のうち、前記試料の表面を２次元的に走査す
   る第１方向及び第２方向のピエゾ素子の一端を前記粗動
   機構の試料に近い側の足部に固定された基台に固定し且
   つ他端を連結部材に固定すると共に、前記探針を備え前
   記試料と前記探針との距離を前記トンネル電流が流れる
   前記距離に保持する第３方向のピエゾ素子の一端を前記
   連結部材の前記試料に向かう面に固定したことを特徴と
   する走査型トンネル顕微鏡。
4. （４）探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
   れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
   移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備え、前記
   粗動機構が試料に近い側と遠い側の２つの足部とこれら
   の２つの足部を連結するピエゾ素子と各足部のクランプ
   機構とからなり、測定時に試料に遠い足部をクランプ状
   態且つ試料に近い足部をアンクランプ状態とし、前記微
   動機構が互いに直交する３つのピエゾ素子を有する走査
   型トンネル顕微鏡において、前記微動機構の前記３つの
   ピエゾ素子のうち、前記試料の表面を２次元的に走査す
   る第１方向及び第２方向のそれぞれのピエゾ素子の一端
   を前記粗動機構の試料に近い側の足部に固定された基台
   に固定し且つ他端を連結部材に固定すると共に、前記探
   針を備え前記試料と前記探針との距離を前記トンネル電
   流が流れる前記距離に維持する第３方向のピエゾ素子の
   一端を前記連結部材の前記試料に向かう面に固定し、前
   記連結部材と前記基台との間に前記探針の第３方向の位
   置変化を拘束する軸部材を配設したことを特徴とする走
   査型トンネル顕微鏡。
5. （５）探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
   れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
   移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備え、前記
   粗動機構が試料に近い側と遠い側の２つの足部とこれら
   の２つの足部を連結するピエゾ素子と各足部のクランプ
   機構とからなり、前記微動機構が互いに直交する３つの
   ピエゾ素子を有する走査型トンネル顕微鏡において、前
   記微動機構の前記３つのピエゾ素子のうち、前記試料の
   表面を２次元的に走査する第１方向及び第２方向のピエ
   ゾ素子の一端を前記粗動機構の試料に近い側の足部に固
   定された基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
   共に、前記探針を備え前記試料と前記探針との距離を前
   記トンネル電流が流れる前記距離に保持する第３方向の
   ピエゾ素子の一端を前記連結部材の前記試料に向かう面
   に固定し、第３方向の距離調整用のピエゾ素子を前記基
   台と前記連結部材との間に配設し、測定時に前記試料に
   近い側の足部をクランプ状態にしたことを特徴とする走
   査型トンネル顕微鏡。
6. （６）請求項５記載の走査型トンネル顕微鏡において、
   距離調整用の前記ピエゾ素子は、前記探針と前記試料と
   の距離が第３方向の前記微動用ピエゾ素子の可動範囲を
   越えたとき、距離調整を行うことを特徴とする走査型ト
   ンネル顕微鏡。
7. （７）探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
   れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
   移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備える走査
   型トンネル顕微鏡において、比較的長い距離で探針を移
   動させる前記粗動機構に対し、その移動距離よりも短い
   距離で探針を移動させる移動機構を備えたことを特徴と
   する走査型トンネル顕微鏡。
8. （８）請求項７記載の走査型トンネル顕微鏡において、
   前記粗動機構によってトンネル電流が流れるまで前記探
   針を移動し、トンネル電流が生じた後は前記探針を所定
   距離まで後退させ、次に前記移動機構で再度トンネル電
   流が流れる距離まで移動させた状態で前記微動機構を動
   作するようにしたことを特徴とする走査型トンネル顕微
   鏡。