JP2006300592A - Scanning mechanism and scanning probe microscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning mechanism for a scanning probe microscope constituted so as to reduce the occurrence of vibration in high-speed scanning, enhanced in linearily in an XY direction and capable of obtaining an AFM image of high quality, and the scanning probe microscope using it. <P>SOLUTION: In the scanning mechanism for the scanning probe microscope having a laminated type piezoelectric body, at least one direction of XY scanning is scanned by a sine wave drive signal and the frequency of the sine wave drive signal is lower than the mechanical resonance frequency of the scanning mechanism. The height data of a sample in the coordinates in the direction scanned by the sine wave drive sinal is displayed at a position where the coordinates point in the scanning direction of the timing of acquiring the height data and the coordinates point on a height data display screen coincide with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡用走査機構に関わる。   The present invention relates to a scanning mechanism for a scanning probe microscope.

走査型プローブ顕微鏡(ＳＰＭ)は、機械的探針を機械的に走査して試料表面の情報を得る走査型顕微鏡であり、走査型トンネリング顕微鏡(ＳＴＭ)、原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)、走査型磁気力顕微鏡(ＭＦＭ)、走査型電気容量顕微鏡(ＳＣａＭ)、走査型近接場光顕微鏡(ＳＮＯＭ)、走査型熱顕微鏡(ＳＴｈＭ)などを含む。最近では試料表面にダイヤモンド製の探針を押しつけて圧痕をつけ、その圧痕のつき具合を解析して試料の固さなどを調べるナノインデンテータ等もこのＳＰＭの一つと位置づけられており、前述の各種の顕微鏡と共に広く普及している。   A scanning probe microscope (SPM) is a scanning microscope that mechanically scans a mechanical probe to obtain information on the surface of a sample, and includes a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), and a scanning type. Includes magnetic force microscope (MFM), scanning capacitance microscope (SCaM), scanning near-field light microscope (SNOM), scanning thermal microscope (SThM) and the like. Recently, a nano indentator, which examines the hardness of a sample by analyzing the condition of the impression by pressing a diamond probe on the surface of the sample, is positioned as one of these SPMs. Widely used with various microscopes.

最近では、例えば特開２００１−３３０４２５で提案されているような、液体中の生きた生物試料の動く様子が観察可能な生体動画観察用AFMが注目を集めている。この生体動画観察用ＡＦＭは、１枚の画像を取得するのに要する時間は遅くとも１秒以下であり、従来の生体用ＡＦＭが１枚の画像を取得するのに数分〜数十分要することを考えると，比較にならないほど高速であることが分かる。   Recently, for example, an AFM for living body moving image observation that can observe the movement of a living biological sample in a liquid, as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-330425, has attracted attention. This living body moving image observation AFM requires one second or less at the latest to acquire one image, and it takes several minutes to several tens of minutes for a conventional living body AFM to acquire one image. , It can be seen that the speed is too high for comparison.

高速に画像を取得するための一つに、走査機構の高速化が必要となる。高速に動作する走査機構として例えば特開２００４−３３３３３５で提案されているような走査機構がある。
走査型プローブ顕微鏡で用いられる走査機構は、たとえば機械的探針と試料とを相対的にＸＹ方向にラスター走査し所望の試料領域の表面情報を、機械的探針を介して得て、モニターテレビ上にマッピング表示する。具体的には、図10に示すようにX方向、Y方向にそれぞれ異なる周波数の三角波状の駆動信号を圧電体に印加することで、走査機構の可動テーブルは図11に示すようなラスター走査を行なう。
特開２００１−３３０４２５ 特開２００４−３３３３３５ One of the ways to acquire images at high speed is to increase the speed of the scanning mechanism. As a scanning mechanism that operates at high speed, for example, there is a scanning mechanism proposed in JP-A-2004-333335.
For example, a scanning mechanism used in a scanning probe microscope obtains surface information of a desired sample region via a mechanical probe by raster scanning a mechanical probe and a sample relatively in the X and Y directions. Show mapping on top. Specifically, as shown in FIG. 10, the movable table of the scanning mechanism performs raster scanning as shown in FIG. 11 by applying triangular wave drive signals having different frequencies in the X and Y directions to the piezoelectric body. Do.
JP 2001-330425 A JP 2004-333335 A

しかし、図12に示すように、走査機構を三角波駆動信号で高速に走査すると、三角波の高調波成分が共振周波数で加振して不要な振動を生じてしまったり、変位の振幅が小さくなってしまったりする問題があった。また、図13に示すように、積層型圧電体の電圧と変位の関係も非線形でヒステリシスを生じる問題があった。   However, as shown in FIG. 12, when the scanning mechanism is scanned at high speed with a triangular wave drive signal, the harmonic component of the triangular wave is vibrated at the resonance frequency, causing unnecessary vibrations, and the displacement amplitude is reduced. There was a problem that it was trapped. Further, as shown in FIG. 13, there is a problem that the relationship between the voltage and displacement of the laminated piezoelectric material is nonlinear and causes hysteresis.

本発明の目的は、上記問題を解決し、高速走査における振動発生を低減させ、XY方向の線形性が高く高品質なAFM像が得られる走査型プローブ顕微鏡用走査機構と、それを用いる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, reduce the occurrence of vibration in high-speed scanning, and obtain a high-quality AFM image with high linearity in the XY directions, and a scanning type using the scanning probe microscope. It is to provide a probe microscope.

本発明は、積層型圧電体を有する走査型プローブ顕微鏡用走査機構において、XY走査の少なくとも1方向は正弦波駆動信号により走査され、前記正弦波駆動信号の周波数は前記走査機構の機械的共振周波数より低い周波数であって、前記正弦波駆動信号によって走査される方向の座標における試料の高さ情報を、前記高さ情報を取得するタイミングの走査方向座標点と高さ情報表示画面上の座標点とが一致する位置に表示することを特徴とする。   The present invention provides a scanning probe microscope scanning mechanism having a laminated piezoelectric material, wherein at least one direction of XY scanning is scanned by a sine wave drive signal, and the frequency of the sine wave drive signal is a mechanical resonance frequency of the scanning mechanism. The height information of the sample at the lower frequency and in the direction scanned by the sine wave drive signal, the scanning direction coordinate point of the timing for acquiring the height information, and the coordinate point on the height information display screen Is displayed at a position where and match.

また、本発明は、積層型圧電体を有する走査型プローブ顕微鏡用走査機構において、XY走査の少なくとも1方向は正弦波駆動信号により走査され、前記正弦波駆動信号の周波数は前記走査機構の機械的共振周波数より低い周波数であって、試料の高さ情報を取得する時間間隔は、前記正弦波駆動による走査方向の変位間隔が一定となるように変化されることを特徴とする。   Further, the present invention provides a scanning probe microscope scanning mechanism having a laminated piezoelectric body, wherein at least one direction of XY scanning is scanned by a sine wave drive signal, and the frequency of the sine wave drive signal is determined by the mechanical mechanism of the scanning mechanism. The time interval at which the sample height information is acquired is lower than the resonance frequency, and is changed so that the displacement interval in the scanning direction by the sine wave drive is constant.

これらにより、走査機構変位に不要な振動は発生せず、変位振幅の減少も無く、駆動信号に対して線形性の高い変位が得られる。   Accordingly, unnecessary vibration is not generated in the scanning mechanism displacement, the displacement amplitude is not reduced, and a highly linear displacement with respect to the drive signal is obtained.

本発明によれば、振動発生が低減され、変いい振幅の減少も小さく、観察像のゆがみが少ない高速走査が可能な走査型プローブ顕微鏡用走査機構を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a scanning mechanism for a scanning probe microscope that can perform high-speed scanning with reduced generation of vibration, small decrease in amplitude, and little distortion of an observation image.

本発明の第１の実施の形態について図１〜図６を用いて説明する。図１は走査型プローブ顕微鏡の画像を生成するシステムの一部を示しており、図２は走査機構詳細図である。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a part of a system for generating an image of a scanning probe microscope, and FIG. 2 is a detailed view of a scanning mechanism.

まず、走査機構１００について説明する。本提案の走査機構は、固定台１の中にXYステージ固定部５が接着もしくはねじ締結で固定されている。可動部４はZ方向をZ弾性部材７A〜７Dにより固定台５に対して支持されている。Z弾性部材７A〜７D の配置位置は可動部４の中心からほぼ等距離であり、可動部４の重心は可動部４のほぼ中心付近に位置している。可動部４はXY方向をXY弾性部材6A〜6Dにより固定台５に対して支持されている。また、XY弾性部材6A〜6DはXY各駆動軸に対して対象に配置されている。Y軸上に配置された一対のXY弾性部材の中で、一方のXY弾性部材6Dには圧電体２Aを当接させる押圧部8Aが設けられている。また、X軸上に配置された一対のXY弾性部材の中で、一方のXY弾性部材6Cには圧電体2Bを当接させる押圧部8Bが設けられている。ここで、可動部４、XY弾性部材６A〜６D、Z弾性部材７A〜７B、固定部5からなるXYステージは一体の部品から切り出されたものであり、例えばアルミニウムなどの材料でできている。XYステージを固定している固定台１はXYステージと同質材でも構わないが、ステンレス鋼などのようにアルミニウムよりもヤング率の高い材料で作られているとよりよい。   First, the scanning mechanism 100 will be described. In the proposed scanning mechanism, the XY stage fixing portion 5 is fixed in the fixing base 1 by bonding or screw fastening. The movable part 4 is supported with respect to the fixed base 5 in the Z direction by Z elastic members 7A to 7D. The arrangement positions of the Z elastic members 7 </ b> A to 7 </ b> D are substantially equidistant from the center of the movable part 4, and the center of gravity of the movable part 4 is located near the center of the movable part 4. The movable part 4 is supported with respect to the fixed base 5 in the XY direction by XY elastic members 6A to 6D. Further, the XY elastic members 6A to 6D are disposed on the target with respect to the XY drive axes. Of the pair of XY elastic members arranged on the Y axis, one XY elastic member 6D is provided with a pressing portion 8A for contacting the piezoelectric body 2A. Of the pair of XY elastic members arranged on the X axis, one XY elastic member 6C is provided with a pressing portion 8B for contacting the piezoelectric body 2B. Here, the XY stage including the movable portion 4, the XY elastic members 6A to 6D, the Z elastic members 7A to 7B, and the fixed portion 5 is cut out from an integral part, and is made of a material such as aluminum. The fixing base 1 for fixing the XY stage may be made of the same material as that of the XY stage, but is preferably made of a material having a higher Young's modulus than aluminum, such as stainless steel.

Y方向駆動用圧電体２Aの一端は押圧部８Aに当接しており、他端は固定台１に固定されている。圧電体2AにはY軸にそって所定の予圧がかかるように配置されており、圧電体２Aの中心線は可動部４のほぼ重心を通る。また、X方向駆動用圧電体２Bの一端は押圧部８Bに当接しており、他端は固定台１に固定されている。圧電体2BにはX軸にそって所定の予圧がかかるように配置されており、圧電体２Bの中心線は可動部４のほぼ重心を通る。可動部４の上面には圧電体３が固定されており、圧電体３の中心線は可動部４のほぼ重心を通る。さらに、試料台は圧電体３上に保持されることになる。   One end of the Y-direction driving piezoelectric body 2A is in contact with the pressing portion 8A, and the other end is fixed to the fixed base 1. The piezoelectric body 2A is arranged so that a predetermined preload is applied along the Y axis. One end of the X-direction driving piezoelectric body 2B is in contact with the pressing portion 8B, and the other end is fixed to the fixed base 1. The piezoelectric body 2B is arranged so that a predetermined preload is applied along the X axis. The piezoelectric body 3 is fixed on the upper surface of the movable portion 4, and the center line of the piezoelectric body 3 passes through the center of gravity of the movable portion 4. Further, the sample stage is held on the piezoelectric body 3.

続いて走査機構１００を用いた走査型プローブ顕微鏡画像生成システム構成について図１を基に説明する。   Next, a configuration of a scanning probe microscope image generation system using the scanning mechanism 100 will be described with reference to FIG.

走査機構１００に取付けられた試料台９に対向してカンチレバー１０３が配置されている。カンチレバー１０３近傍には振動子１０４が設けられていて振動子１０４は励振回路１０９と接続されている。走査機構１００はX走査ドライバ１０５とY走査ドライバ１０６、Z走査ドライバ１０７に接続されている。また、X走査ドライバとY走査ドライバは、波形発生器１０８に接続されている。カンチレバー１０３の変位は対物レンズ１０２を通してカンチレバー変位センサ１０１によって光学的に検出される。カンチレバー変位センサ１０１は振幅検出回路１１０に接続され、振幅検出回路１１０はZ制御回路１１１に接続されている。さらにZ制御回路１１１はZ走査ドライバ及び画像情報取得回路１１２と接続されている。また、画像情報取得回路１１２は取り込み指令発生器１１３と接続されている。ここでは、波形発生器１０８、励振回路１０９、振幅検出回路１１０、Z制御回路１１１、画像情報取得回路１１２取り込み指令発生器１１３をあわせて画像生成用コントローラ１１４と呼ぶ。画像生成用コントローラ１１４にて生成された画像は表示装置１１５に表示される。   A cantilever 103 is disposed so as to face the sample stage 9 attached to the scanning mechanism 100. A vibrator 104 is provided in the vicinity of the cantilever 103, and the vibrator 104 is connected to an excitation circuit 109. The scanning mechanism 100 is connected to an X scanning driver 105, a Y scanning driver 106, and a Z scanning driver 107. The X scan driver and the Y scan driver are connected to the waveform generator 108. The displacement of the cantilever 103 is optically detected by the cantilever displacement sensor 101 through the objective lens 102. The cantilever displacement sensor 101 is connected to the amplitude detection circuit 110, and the amplitude detection circuit 110 is connected to the Z control circuit 111. Further, the Z control circuit 111 is connected to the Z scanning driver and the image information acquisition circuit 112. Further, the image information acquisition circuit 112 is connected to a capture command generator 113. Here, the waveform generator 108, the excitation circuit 109, the amplitude detection circuit 110, the Z control circuit 111, and the image information acquisition circuit 112 fetch command generator 113 are collectively referred to as an image generation controller 114. The image generated by the image generation controller 114 is displayed on the display device 115.

次に作用について説明する。波形発生器１０８によりX走査信号とY走査信号が生成される。この走査信号はX走査ドライバ１０５及びY走査ドライバ１０６を通して走査機構１００に与えられる。具体的には図３に示すようにX走査信号は正弦波であり、Y走査信号は三角波であって、X走査信号の周波数はY走査信号よりおおよそ２桁高い周波数となっている。ただしX走査信号は、機械的な共振を避けるために、走査機構１００の共振周波数より低い周波数である。X走査信号は圧電体２Bに印加され、Y走査信号は圧電体２Aに印加される。このようにしてラスター走査が可能となる。ここで、周波数の高いX走査信号を正弦波とすることで、可動部４の変位は図４に示すような変位となる。高い走査周波数であっても変位波形の乱れは無く、振幅の減少も生じない。また、走査駆動信号と変位の関係を示す図５に示すグラフを見ると、ヒステリシスは無く電圧と変位の関係の線形性が良好であることがわかる。このことから、走査信号から可動部の実際の変位を知ることが可能となる。このため、変位センサなどを必要としない。   Next, the operation will be described. The waveform generator 108 generates an X scan signal and a Y scan signal. This scanning signal is given to the scanning mechanism 100 through the X scanning driver 105 and the Y scanning driver 106. Specifically, as shown in FIG. 3, the X scanning signal is a sine wave, the Y scanning signal is a triangular wave, and the frequency of the X scanning signal is about two orders of magnitude higher than the Y scanning signal. However, the X scanning signal has a frequency lower than the resonance frequency of the scanning mechanism 100 in order to avoid mechanical resonance. The X scanning signal is applied to the piezoelectric body 2B, and the Y scanning signal is applied to the piezoelectric body 2A. In this way, raster scanning is possible. Here, when the high-frequency X scanning signal is a sine wave, the displacement of the movable portion 4 is as shown in FIG. Even at a high scanning frequency, the displacement waveform is not disturbed, and the amplitude does not decrease. Further, looking at the graph shown in FIG. 5 showing the relationship between the scanning drive signal and the displacement, it can be seen that there is no hysteresis and the linearity of the relationship between the voltage and the displacement is good. From this, it becomes possible to know the actual displacement of the movable part from the scanning signal. For this reason, a displacement sensor etc. are not required.

励振回路１０９は、カンチレバー１０３の共振周波数近傍の周波数の励振信号を出力する。この信号を受けて振動子１０４は電気信号を機械的振動に変換する。この振動によりカンチレバー１０３はたわみ振動を起こす。このたわみをカンチレバー変位センサ１０１が光学的に検出し、振幅検出回路１１０が振幅情報に変換する。   The excitation circuit 109 outputs an excitation signal having a frequency near the resonance frequency of the cantilever 103. In response to this signal, the vibrator 104 converts the electric signal into mechanical vibration. This vibration causes the cantilever 103 to bend and vibrate. This deflection is optically detected by the cantilever displacement sensor 101, and the amplitude detection circuit 110 converts it into amplitude information.

また、カンチレバーのたわみは試料台９との距離により変化する。例えば、試料台９がカンチレバー１０３に接近するとカンチレバーの振幅は小さくなり、離れるとカンチレバー１０３の振幅は大きくなる。走査機構がラスター走査をしているとき、試料台９表面に起伏があればカンチレバー１０３と試料台９表面との距離はラスター走査に従って変化する。このため、カンチレバー１０３の振幅も変化する。試料台９表面とカンチレバー１０３との距離はZ圧電体９を伸縮させることで可能となる。Z制御回路はZ圧電体９を伸縮させて振幅検出回路１１０で得た振幅が常に一定になるような制御を行う。このため、Z圧電体３は起伏高さと一致した伸縮をすることになる。このため、Z圧電体３に印加された電圧を観察対象の高さ情報として用いることができる。この高さ情報は画像情報取得回路１１２によって獲得される。高さ情報取得のタイミングは、取り込み指令発生器１１３により制御される。取り込み指令発生器１１３の指令に従って、高さ情報取得すると同時に、波形発生器から出力されたXY走査信号に基づくXY変位座標が取得される。   Further, the deflection of the cantilever varies depending on the distance from the sample table 9. For example, when the sample stage 9 approaches the cantilever 103, the amplitude of the cantilever decreases, and when the sample stage 9 moves away, the amplitude of the cantilever 103 increases. When the scanning mechanism is performing raster scanning, if the surface of the sample stage 9 has undulations, the distance between the cantilever 103 and the surface of the sample stage 9 changes according to the raster scan. For this reason, the amplitude of the cantilever 103 also changes. The distance between the surface of the sample stage 9 and the cantilever 103 is made possible by expanding and contracting the Z piezoelectric body 9. The Z control circuit performs control such that the amplitude obtained by the amplitude detection circuit 110 is always constant by expanding and contracting the Z piezoelectric body 9. For this reason, the Z piezoelectric body 3 expands and contracts in accordance with the undulation height. For this reason, the voltage applied to the Z piezoelectric body 3 can be used as the height information of the observation target. This height information is acquired by the image information acquisition circuit 112. The timing for obtaining the height information is controlled by the capture command generator 113. According to the command of the capture command generator 113, height information is acquired, and at the same time, XY displacement coordinates based on the XY scanning signal output from the waveform generator are acquired.

高さ情報をある一定の時間間隔で取得すると図６に示すようになる。模式的な図で、厳密なものではないが、X方向変位は正弦波的に変化する。このため、表示装置１１５に高さ情報を表示させる場合は、XY表示座標とXY変位座標とが一致する座標上に高さ情報を表示する。以上のようにすることでひずみの少ない良好な観察像が得られる。   When the height information is acquired at a certain time interval, it is as shown in FIG. Although it is a schematic diagram and is not exact, the displacement in the X direction changes sinusoidally. For this reason, when displaying the height information on the display device 115, the height information is displayed on the coordinates where the XY display coordinates coincide with the XY displacement coordinates. By doing so, a good observation image with little distortion can be obtained.

また、XY走査速度を早くしていくと、駆動信号出力に対する可動部の変位は走査ドライバや積層型圧電体、ガイドなどの影響で遅れが大きくなる。このような時は、走査速度に対する可動部の遅れ時間をあらかじめ測定しておき、高さ情報の取得を開始する時間をこの遅れ時間分ずらす。このようにすると、さらに高速な走査で画像取得を行った場合でも、ひずみの少ない良好な観察像が得られる。   Further, when the XY scanning speed is increased, the displacement of the movable portion with respect to the drive signal output becomes delayed due to the influence of the scanning driver, the laminated piezoelectric material, the guide, and the like. In such a case, the delay time of the movable part with respect to the scanning speed is measured in advance, and the time for starting the acquisition of height information is shifted by this delay time. In this way, even when an image is acquired by scanning at a higher speed, a good observation image with less distortion can be obtained.

本発明の第２の実施の形態について図８を基に説明する。装置構成については第１の実施の形態と同様である。本実施の形態においては図７に示すとおりX方向走査信号、Y方向走査信号ともに正弦波である。また、一定の時間間隔で高さ情報を取得する場合は、X方向Y方向ともに正弦波的に変位が変化する。このため表示装置１１５に高さ情報を表示させる場合は、XY表示座標とXY変位座標とが一致する座標上に高さ情報を表示する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The apparatus configuration is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 7, both the X direction scanning signal and the Y direction scanning signal are sine waves. When height information is acquired at regular time intervals, the displacement changes sinusoidally in both the X and Y directions. Therefore, when displaying the height information on the display device 115, the height information is displayed on the coordinates where the XY display coordinates coincide with the XY displacement coordinates.

このような走査信号とすることで、Y方向走査においても三角波の高調波成分による不要な振動発生や振幅の減少を抑えることができ、高い線形性を得ることが可能となる。   By using such a scanning signal, it is possible to suppress unnecessary vibration generation and amplitude reduction due to the harmonic component of the triangular wave even in the Y-direction scanning, and high linearity can be obtained.

本発明の第３の実施の形態について図９を基に説明する。装置構成については第１実施の形態と同様である。本実施の形態においては走査信号は第１の実施例と同様である。また、高さ情報取得時間間隔は、図９に示すように変位間隔が一定となるように変化させる。このようにすれば、表示装置への高さ情報表示するXY座標は一定間隔となる。このため、XY座標上での高さ情報表示密度の差はなく、データの取り扱いが容易となる。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The apparatus configuration is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the scanning signal is the same as in the first embodiment. Further, the height information acquisition time interval is changed so that the displacement interval becomes constant as shown in FIG. In this way, the XY coordinates for displaying the height information on the display device are at regular intervals. For this reason, there is no difference in the height information display density on the XY coordinates, and data handling becomes easy.

走査型プローブ顕微鏡の画像を生成するシステムの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of system which produces | generates the image of a scanning probe microscope. 走査機構詳細図である。It is a scanning mechanism detail drawing. 積層型圧電体の駆動信号を示す図である。It is a figure which shows the drive signal of a laminated piezoelectric material. 可動部の変位波形を示す図である。It is a figure which shows the displacement waveform of a movable part. 駆動信号と変位の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a drive signal and displacement. 一定の時間間隔で取得する場合の高さ情報の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of height information in the case of acquiring at a fixed time interval. XYとも正弦波駆動する積層型圧電体の駆動信号を示す図である。It is a figure which shows the drive signal of the laminated piezoelectric material which carries out sine wave drive with XY. 一定の時間間隔で取得する場合の高さ情報の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of height information in the case of acquiring at a fixed time interval. 変化する時間間隔で取得する場合の高さ情報の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the height information at the time of acquiring in the time interval which changes. 背景技術の走査波形を示す図である。It is a figure which shows the scanning waveform of background art. ラスター走査を示す図である。It is a figure which shows raster scanning. 振動振幅の減少を示す図である。It is a figure which shows the reduction | decrease of a vibration amplitude. 積層型圧電体の非線形性を示す図である。It is a figure which shows the nonlinearity of a laminated piezoelectric material.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固定台
２A〜２B XY用圧電体
３ Z用圧電体
４ 可動部
５ 固定台
６A〜６D XY弾性部材
７A〜７D Z弾性部材
８A〜８D 押圧部
９ 試料台
１００ 走査機構
１０１ カンチレバー変位センサ
１０２ 対物レンズ
１０３ カンチレバー
１０４ 振動子
１０５ X走査ドライバ
１０６ Y走査ドライバ
１０７ Z走査ドライバ
１０８ 波形発生器
１０９ 励振回路
１１０ 振幅検出回路
１１１ Z制御回路
１１２ 画像情報取得回路
１１３ 取り込み指令発生器
１１４ 画像生成用コントローラ
１１５ 表示装置


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed base 2A-2B Piezoelectric body for XY 3 Piezoelectric body for Z 4 Movable part 5 Fixed base 6A-6D XY elastic member 7A-7D Z elastic member 8A-8D Pressing part 9 Sample stage 100 Scan mechanism 101 Cantilever displacement sensor 102 Objective Lens 103 Cantilever 104 Transducer 105 X scan driver 106 Y scan driver 107 Z scan driver 108 Waveform generator 109 Excitation circuit 110 Amplitude detection circuit 111 Z control circuit 112 Image information acquisition circuit 113 Capture command generator 114 Image generation controller 115 Display apparatus


Claims (6)

積層型圧電体を有する走査型プローブ顕微鏡用走査機構において、
XY走査の少なくとも1方向は正弦波駆動信号により走査され、
前記正弦波駆動信号の周波数は前記走査機構の機械的共振周波数より低い周波数であって、
前記正弦波駆動信号によって走査される方向の座標における試料の高さ情報を、前記高さ情報を取得するタイミングの走査方向座標点と高さ情報表示画面上の座標点とが一致する位置に表示することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用走査機構。 In a scanning mechanism for a scanning probe microscope having a laminated piezoelectric material,
At least one direction of XY scanning is scanned by a sine wave drive signal,
The frequency of the sinusoidal drive signal is lower than the mechanical resonance frequency of the scanning mechanism,
The height information of the sample in the coordinate in the direction scanned by the sine wave drive signal is displayed at a position where the coordinate point on the height information display screen coincides with the scanning direction coordinate point at the timing of obtaining the height information. A scanning mechanism for a scanning probe microscope. XY走査方向の走査において、高速走査される方向の駆動は正弦波駆動され、
これと直行する方向の駆動は三角波の高調波成分をカットした波形信号により駆動されることを特徴とする請求項１記載の走査機構。 In scanning in the XY scanning direction, the driving in the direction of high-speed scanning is sine wave driving
2. The scanning mechanism according to claim 1, wherein the driving in a direction orthogonal to the driving is driven by a waveform signal obtained by cutting a harmonic component of a triangular wave. XY方向ともに正弦波駆動することを特徴とする請求項1記載の走査機構。   2. The scanning mechanism according to claim 1, wherein the scanning mechanism is sine-wave driven in both the XY directions. 前記走査機構は、
観察試料を保持する試料台と、
前記試料台をZ方向に移動させるZ積層型圧電体と、
可動テーブルと、
固定台と、
前記可動テーブルをX方向に移動し、一端が前記固定台に固定されたX積層型圧電体と、
前記可動テーブルをY方向に移動し、一端が前記固定台に固定されたY積層型圧電体とからなることを特徴とする請求項1記載の走査機構。 The scanning mechanism is
A sample stage for holding an observation sample;
A Z-stacked piezoelectric body that moves the sample stage in the Z direction;
A movable table;
A fixed base;
The movable table is moved in the X direction, and an X-stacked piezoelectric body having one end fixed to the fixed base,
2. The scanning mechanism according to claim 1, comprising a Y-stacked piezoelectric body that moves the movable table in the Y direction and has one end fixed to the fixed base. 積層型圧電体を有する走査型プローブ顕微鏡用走査機構において、
XY走査の少なくとも1方向は正弦波駆動信号により走査され、
前記正弦波駆動信号の周波数は前記走査機構の機械的共振周波数より低い周波数であって、
試料の高さ情報を取得する時間間隔は、前記正弦波駆動による走査方向の変位間隔が一定となるように変化されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用走査機構。 In a scanning mechanism for a scanning probe microscope having a laminated piezoelectric material,
At least one direction of XY scanning is scanned by a sine wave drive signal,
The frequency of the sinusoidal drive signal is lower than the mechanical resonance frequency of the scanning mechanism,
A scanning mechanism for a scanning probe microscope, characterized in that the time interval for acquiring the height information of the sample is changed so that the displacement interval in the scanning direction by the sine wave drive is constant. 請求項1ないし５のいずれか一つに記載の走査型プローブ顕微鏡用走査機構を有する走査型プローブ顕微鏡。


A scanning probe microscope having the scanning mechanism for a scanning probe microscope according to claim 1.


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