JPH01287403A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡Info
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- JPH01287403A JPH01287403A JP11712988A JP11712988A JPH01287403A JP H01287403 A JPH01287403 A JP H01287403A JP 11712988 A JP11712988 A JP 11712988A JP 11712988 A JP11712988 A JP 11712988A JP H01287403 A JPH01287403 A JP H01287403A
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Links
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Landscapes
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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〕
この発明は、走査型トンネル顕微鏡(Scanning
Tunneling Microscope :以下S
TMという)に関するものである。
Tunneling Microscope :以下S
TMという)に関するものである。
(従来の技術)
STMは1982年、スイスのIBMチューリッヒ研究
所でG、B1nn1gと)1.Rohrerによって発
明されて以来、原子の大きさのレベルまで観測できる特
徴をもつため、各国、各企業等で開発競争が繰り広げら
れている。STMの基本構成は粗動機構と微動機構であ
り、現在、その基本的な構成はいくつか明らかにされて
いる。
所でG、B1nn1gと)1.Rohrerによって発
明されて以来、原子の大きさのレベルまで観測できる特
徴をもつため、各国、各企業等で開発競争が繰り広げら
れている。STMの基本構成は粗動機構と微動機構であ
り、現在、その基本的な構成はいくつか明らかにされて
いる。
微動機構の代表例を第9図に示す。これはトライボッド
と呼ばれている微動機構であり、単体ブロック1から直
交する3本の腕2.3.4の部分を残して中を切り欠い
たものである。この3本の腕2.3.4は同一構造で、
表面(図のメツシュを施した部分とその反対側)にはそ
れぞれ対をなす電極5.6.7が設けられている。単体
ブロック1は圧電セラミックスで作られているため、各
電極5.6.7に電圧を印加すれば腕2.3.4の部分
はそれぞれ長手方向に伸縮する。また、腕2の先端部分
には針8が設けられている。以上のように構成される微
動機構で、導電性の試料9の表面を観察する手順は以下
の通りである。
と呼ばれている微動機構であり、単体ブロック1から直
交する3本の腕2.3.4の部分を残して中を切り欠い
たものである。この3本の腕2.3.4は同一構造で、
表面(図のメツシュを施した部分とその反対側)にはそ
れぞれ対をなす電極5.6.7が設けられている。単体
ブロック1は圧電セラミックスで作られているため、各
電極5.6.7に電圧を印加すれば腕2.3.4の部分
はそれぞれ長手方向に伸縮する。また、腕2の先端部分
には針8が設けられている。以上のように構成される微
動機構で、導電性の試料9の表面を観察する手順は以下
の通りである。
観察するべき試料9を、その表面が腕2の長手方向と垂
直となるように固定し、針8と間隔を置いて向い合せる
0次に、単体ブロック1を粗動機構(図示せず)により
試料9に近づけ、針8の先端が試料9の表面と数nmの
距離となった時停止し、固定する。この状態で、試料9
と針8の間にIV以下の電圧を印加すると、両者間の距
離に応じたトンネル電流が流れる。一方、電極6と7に
適当な電圧を印加することにより、針8の先端を試料9
の表面とほぼ平行に走査させることができる。走査と同
時に、トンネル電流が一定となるように電極5に加える
電圧を制御すれば、針8の先端は試料9の表面と一定距
離を保った状態で走査することになる。すなわち、表面
を走査する電圧と電極5に印加する電圧の関係より、試
料9の表面状態を原子レベルで可視化することが可能に
なるわけである。なお、走査範囲は通常1μmX1μm
もあれば充分である。
直となるように固定し、針8と間隔を置いて向い合せる
0次に、単体ブロック1を粗動機構(図示せず)により
試料9に近づけ、針8の先端が試料9の表面と数nmの
距離となった時停止し、固定する。この状態で、試料9
と針8の間にIV以下の電圧を印加すると、両者間の距
離に応じたトンネル電流が流れる。一方、電極6と7に
適当な電圧を印加することにより、針8の先端を試料9
の表面とほぼ平行に走査させることができる。走査と同
時に、トンネル電流が一定となるように電極5に加える
電圧を制御すれば、針8の先端は試料9の表面と一定距
離を保った状態で走査することになる。すなわち、表面
を走査する電圧と電極5に印加する電圧の関係より、試
料9の表面状態を原子レベルで可視化することが可能に
なるわけである。なお、走査範囲は通常1μmX1μm
もあれば充分である。
以上トライボッド形の微動機構を概説したが、この他チ
ューブ形微動機構や、やぐら形微動機構が知られている
が、ここでは省略する。
ューブ形微動機構や、やぐら形微動機構が知られている
が、ここでは省略する。
いずれの微動機構においても、圧電セラミックスがアク
チュエータとして使用されるが、入力電圧に対し出力の
変位が線形ではなく、非線形特性およびヒステリシス特
性をもつ欠点がある。このため、得られる観察像は絶対
寸法が不正確であることや、また、像にゆがみが生ずる
欠点がある。
チュエータとして使用されるが、入力電圧に対し出力の
変位が線形ではなく、非線形特性およびヒステリシス特
性をもつ欠点がある。このため、得られる観察像は絶対
寸法が不正確であることや、また、像にゆがみが生ずる
欠点がある。
この欠点を補う手段として、あらかじめ較正する手段が
ある。すなわち、あらかじめ表面の原子配列がわかって
いる、例えばグラファイト等の表面を観察することによ
り、入力と出力の関係を求める方法である。しかし、こ
の方法においても走査方向は原子の配列ピッチから較正
できても、高さ方向には正確な較正ができない欠点があ
る。これに対し、ピエゾ素子に細工し、入力電圧と出力
変位を線形化する方法が、昭和62年度精密工学会秋季
大会学術講演会論文集J24に明らかにされている。
ある。すなわち、あらかじめ表面の原子配列がわかって
いる、例えばグラファイト等の表面を観察することによ
り、入力と出力の関係を求める方法である。しかし、こ
の方法においても走査方向は原子の配列ピッチから較正
できても、高さ方向には正確な較正ができない欠点があ
る。これに対し、ピエゾ素子に細工し、入力電圧と出力
変位を線形化する方法が、昭和62年度精密工学会秋季
大会学術講演会論文集J24に明らかにされている。
第10図(a)にこの概要を示す、すなわち、5mm程
度のアルミの薄板をワイヤ放電加工により図のように溝
や肉の薄い部分を形成する。肉の薄い部分は回転ヒンジ
であり、全体的には一体形のリンク機構である。ピエゾ
素子10をほぼ中央に配し、それより上部が拡大機構1
1、それより下部が縮小機構12となっている。矢印は
変位の取り出し口を示す。また、P1〜P14はリンク
機構のヒンジ部を示す。ピエゾ素子10の変位が拡大さ
れた部分に歪ゲージ13が貼られており、その変位を検
出することができる。一方、ピエゾ素子10の変位は縮
小機構12を介して、すなわち、分解能を上げて変位の
取り出し口より取り出される。第10図(b)に、第1
0図(a)のリンク機構を示す。
度のアルミの薄板をワイヤ放電加工により図のように溝
や肉の薄い部分を形成する。肉の薄い部分は回転ヒンジ
であり、全体的には一体形のリンク機構である。ピエゾ
素子10をほぼ中央に配し、それより上部が拡大機構1
1、それより下部が縮小機構12となっている。矢印は
変位の取り出し口を示す。また、P1〜P14はリンク
機構のヒンジ部を示す。ピエゾ素子10の変位が拡大さ
れた部分に歪ゲージ13が貼られており、その変位を検
出することができる。一方、ピエゾ素子10の変位は縮
小機構12を介して、すなわち、分解能を上げて変位の
取り出し口より取り出される。第10図(b)に、第1
0図(a)のリンク機構を示す。
このような構成において、歪ゲージ13の出力がピエゾ
素子10の駆動電源にフィードバックされると、入力信
号に対し出力される変位を線形化できる。この機構によ
りトンネル電流を検出でき、また、試料表面の高さ方向
の絶対寸法を計測することが可能であるが、あくまでも
1軸方向のみであるので、試料表面の観測像を得るため
には全体を試料表面に沿って走査させる必要が生ずる。
素子10の駆動電源にフィードバックされると、入力信
号に対し出力される変位を線形化できる。この機構によ
りトンネル電流を検出でき、また、試料表面の高さ方向
の絶対寸法を計測することが可能であるが、あくまでも
1軸方向のみであるので、試料表面の観測像を得るため
には全体を試料表面に沿って走査させる必要が生ずる。
しかし、この機構は構成が複雑であるので、重量1体積
も大きくなり、全体を精度よく駆動することは、より一
層の走査機構の複雑さを招き、また、高価なものとなる
欠点がある。一方、この機構の変位取り出し口に2軸の
走査機構を設置する方法もあるが、現状ではここに設置
できるような細小形な走査機構はない。
も大きくなり、全体を精度よく駆動することは、より一
層の走査機構の複雑さを招き、また、高価なものとなる
欠点がある。一方、この機構の変位取り出し口に2軸の
走査機構を設置する方法もあるが、現状ではここに設置
できるような細小形な走査機構はない。
次に、粗動機構の代表例を第11図に示す。
内部にトライボッド形微動機構等を有するトンネル電流
検出ユニット20が3本の柱21.22.23上に支持
されている。基台24のほぼ中央には、観察するべき試
料9が水平に設置され、針8の先端と向い合っている。
検出ユニット20が3本の柱21.22.23上に支持
されている。基台24のほぼ中央には、観察するべき試
料9が水平に設置され、針8の先端と向い合っている。
柱21.22゜23は基台24とねじ結合されている。
その回転運動は、柱21,22.23の長平方向の直線
運動に変換されるため、トンネル電流検出ユニット20
と試料9の間隔を変化させる。また、柱21の下部には
ステッピングモータ25が、柱22゜23の下側には回
転つまみ26.27が設けられており、人が指で回せる
構成になっている。
運動に変換されるため、トンネル電流検出ユニット20
と試料9の間隔を変化させる。また、柱21の下部には
ステッピングモータ25が、柱22゜23の下側には回
転つまみ26.27が設けられており、人が指で回せる
構成になっている。
さて、この粗動機構の動作は、次のようである。図に示
すように、トンネル電流検出ユニット20および試料9
をセットした後、回転つまみ26.27を人手で回しな
がら針8を試料9の表面にできるだけ近づける。この後
、針8と試料9の間に適度な電圧を印加しておき、そこ
に流れるトンネル電流をモニタしながらステッピングモ
ータ25を駆動し、針8を試料9に近づける。所定のト
ンネル電流が流れ始めた時点でステッピングモータ25
を停止させる。以後、前述の微動機構を動作させれば試
料9の表面状態を精密に観察することができる。
すように、トンネル電流検出ユニット20および試料9
をセットした後、回転つまみ26.27を人手で回しな
がら針8を試料9の表面にできるだけ近づける。この後
、針8と試料9の間に適度な電圧を印加しておき、そこ
に流れるトンネル電流をモニタしながらステッピングモ
ータ25を駆動し、針8を試料9に近づける。所定のト
ンネル電流が流れ始めた時点でステッピングモータ25
を停止させる。以後、前述の微動機構を動作させれば試
料9の表面状態を精密に観察することができる。
現状のSTMの基本的構成は上記のようであるが、次の
ような欠点を有する。
ような欠点を有する。
まず、微動機構においては、互いに直交する3木の腕2
.3.4の部分が一体で形成されているため、それぞれ
の動きが他の動きに影響を及ぼす、すなわち、互いに干
渉する欠点がある。例えば針8と試料9の表面の間の距
離はトンネル電流を検出することにより正確に制御され
るが、それと直角方向の走査運動により乱されるため、
走査速度により得られる表面状態が異なって見える。
.3.4の部分が一体で形成されているため、それぞれ
の動きが他の動きに影響を及ぼす、すなわち、互いに干
渉する欠点がある。例えば針8と試料9の表面の間の距
離はトンネル電流を検出することにより正確に制御され
るが、それと直角方向の走査運動により乱されるため、
走査速度により得られる表面状態が異なって見える。
また、走査運動は直交する2軸の合成運動により形成さ
れるのが望ましいが、互いに干渉し合うので得られる表
面状態が実表面より歪んでしまう。
れるのが望ましいが、互いに干渉し合うので得られる表
面状態が実表面より歪んでしまう。
さらに、正確な観察像を得るために針8を交換する必要
性がしばしば生ずるが、針8そのものが極めて細いため
交換作業が困難であった。
性がしばしば生ずるが、針8そのものが極めて細いため
交換作業が困難であった。
次に、粗動機構においては、その運動の方向が針8と試
料9の間隔を決める方向のみであり、試料9の任意の点
を観察するためには基台24に対する試料9の位置を人
手で変える必要があるため、操作性が悪いという欠点が
あった。
料9の間隔を決める方向のみであり、試料9の任意の点
を観察するためには基台24に対する試料9の位置を人
手で変える必要があるため、操作性が悪いという欠点が
あった。
この発明の目的は、3軸方向の運動が互いに直交し、か
つ独立である微動機構を提供し、かつ大面積を有する試
料の任意な位置を容易に設定、観察することのできる粗
動機構を備えたSTMを提供することにある。さらに、
微動機構として、試料表面の高さ方向の絶対寸法を正確
に観察できるSTMを提供することにある。
つ独立である微動機構を提供し、かつ大面積を有する試
料の任意な位置を容易に設定、観察することのできる粗
動機構を備えたSTMを提供することにある。さらに、
微動機構として、試料表面の高さ方向の絶対寸法を正確
に観察できるSTMを提供することにある。
(課題を解決するための手段)
この発明にがかるSTMは、トンネル電流を検出する針
の保持体をそれぞれ3軸方向に弾性体で支持するととも
に、弾性体のそれぞれの保持体の反対端に圧電セラミッ
クスを固着した微動機構を備えたものである。
の保持体をそれぞれ3軸方向に弾性体で支持するととも
に、弾性体のそれぞれの保持体の反対端に圧電セラミッ
クスを固着した微動機構を備えたものである。
また、微動機構として、指令信号に対し線形の上下方向
の変位を生ずるリニアアクチュエータの先端部分に、リ
ニアアクチュエータの上下の変位とそれぞれ直角方向に
針を移動可能な2軸の移動機構を着脱可能に設けた構成
とすることもできる。
の変位を生ずるリニアアクチュエータの先端部分に、リ
ニアアクチュエータの上下の変位とそれぞれ直角方向に
針を移動可能な2軸の移動機構を着脱可能に設けた構成
とすることもできる。
さらに、微動機構を装着した上部支持体と、上部支持体
を支持する上下方向移動可能な第1の粗動機構部と、試
料を任意の位置に移動可能な位置決め用の粗動機構部と
、位置決め用粗動機構部に設置された上下方向移動可能
な第2の粗動機構部とからなる粗動機構を備えたもので
ある。
を支持する上下方向移動可能な第1の粗動機構部と、試
料を任意の位置に移動可能な位置決め用の粗動機構部と
、位置決め用粗動機構部に設置された上下方向移動可能
な第2の粗動機構部とからなる粗動機構を備えたもので
ある。
(作用)
この発明においては、微動機構において、針の保持体は
3軸方向に弾性体で支持されているため、一つの軸方向
への駆動が他の軸へ影響をおよぼさない。さらに、微動
機構として、リニアアクチュエータを用いたので試料面
の上下方向の較正が正確にできる。また、この発明では
、粗動機構により、針の駆動範囲を大きくとれるので、
大面積の試料の観察ができる。
3軸方向に弾性体で支持されているため、一つの軸方向
への駆動が他の軸へ影響をおよぼさない。さらに、微動
機構として、リニアアクチュエータを用いたので試料面
の上下方向の較正が正確にできる。また、この発明では
、粗動機構により、針の駆動範囲を大きくとれるので、
大面積の試料の観察ができる。
第1図はこの発明の一実施例を示す一部を破断した組立
状態を説明するための斜視図である。この発明の解決課
題に対応する部分は微動機構と粗動機構とよりなるので
、まず、第2図によりこの発明の微動機構30について
説明する。
状態を説明するための斜視図である。この発明の解決課
題に対応する部分は微動機構と粗動機構とよりなるので
、まず、第2図によりこの発明の微動機構30について
説明する。
第2図において、圧電セ゛ラミックスの取付は板31.
32.33は、それぞれ4本の柱状の弾性部材34,3
5.36を介して針8の保持体37に結合されている。
32.33は、それぞれ4本の柱状の弾性部材34,3
5.36を介して針8の保持体37に結合されている。
弾性部材34.35.36の長手方向は互いに直交して
おり、また、長手方向の剛性に比較し、それと直角方向
の曲げ剛性が充分低くなるように柱の縦横比が決められ
ている。
おり、また、長手方向の剛性に比較し、それと直角方向
の曲げ剛性が充分低くなるように柱の縦横比が決められ
ている。
この構造は1個の金属ブロックからワイヤ放電加工等に
よって製作可能であるが、接着や溶接等の手段によって
複数の部材を組み合せて製作することも可能である。取
付は板31.32.33には圧電セラミックス38.3
9.40が接着や溶接等の手段によって固定されており
、全体的には第9図の従来技術で説明したトライポット
形と同一である。しかし、機能的には異なる。
よって製作可能であるが、接着や溶接等の手段によって
複数の部材を組み合せて製作することも可能である。取
付は板31.32.33には圧電セラミックス38.3
9.40が接着や溶接等の手段によって固定されており
、全体的には第9図の従来技術で説明したトライポット
形と同一である。しかし、機能的には異なる。
次にその動作について説明する。
第3図は、第2図の正面図であり、圧電セラミックス3
8に電圧が印加され伸びた状態を点線にて示す。この図
かられかるように、弾性部材34は長手方向には剛性が
高いので圧電セラミックス38の伸びはそのまま針8の
保持体37に伝達されるが、曲げ剛性が低いので弾性部
材35.36からの拘束はほとんど受けない。このこと
は逆に圧電セラミックス38の伸びは他の圧電セラミッ
クス38.39にほとんど影響を与えないことになる。
8に電圧が印加され伸びた状態を点線にて示す。この図
かられかるように、弾性部材34は長手方向には剛性が
高いので圧電セラミックス38の伸びはそのまま針8の
保持体37に伝達されるが、曲げ剛性が低いので弾性部
材35.36からの拘束はほとんど受けない。このこと
は逆に圧電セラミックス38の伸びは他の圧電セラミッ
クス38.39にほとんど影響を与えないことになる。
すなわち、3本の圧電セラミックス38゜39.40は
互いに干渉することなく独立に針8の保持体37を駆動
できるわけである。
互いに干渉することなく独立に針8の保持体37を駆動
できるわけである。
第4図はこの微動機構を組み込んだトンネル電流検出ユ
ニット50の一部を切欠して示した斜視図である。円柱
状のブロック51の内部が角形に取り除かれ、そこに第
2図の微動機構30が取り付けられている。また、52
は針8の先端近くを照明するための光を通す穴または筒
であり、54は針8の先端近くを観察するための穴また
は筒である。これは、光源や観察用の顕微鏡またはTV
カメラをトンネル電流検出ユニット50の外部に設置す
る場合の構成であるが、このトンネル電流検出ユニット
50と一体に組み込んでもよいことはいうまでもない。
ニット50の一部を切欠して示した斜視図である。円柱
状のブロック51の内部が角形に取り除かれ、そこに第
2図の微動機構30が取り付けられている。また、52
は針8の先端近くを照明するための光を通す穴または筒
であり、54は針8の先端近くを観察するための穴また
は筒である。これは、光源や観察用の顕微鏡またはTV
カメラをトンネル電流検出ユニット50の外部に設置す
る場合の構成であるが、このトンネル電流検出ユニット
50と一体に組み込んでもよいことはいうまでもない。
次に、第1図の実施例について説明する。
第1図は前記トンネル電流検出ユニット50を粗動機構
60に組み込んだものである。トンネル電流検出ユニッ
ト5oは3本の凸部62.63゜64を持つ上部支持体
61のほぼ中央に固定されている。上部支持体61はほ
ぼ等間隔に配置された3個の第1の粗動機構部65.6
6.67 (3個の内1個の67は図示されず)にその
凸部62.63.64において支持されている。第1の
粗動機構部65〜67はリニア形のアクチュエータであ
り、上下方向に移動する各可動片68を介して上部支持
体61を昇降させることができる。
60に組み込んだものである。トンネル電流検出ユニッ
ト5oは3本の凸部62.63゜64を持つ上部支持体
61のほぼ中央に固定されている。上部支持体61はほ
ぼ等間隔に配置された3個の第1の粗動機構部65.6
6.67 (3個の内1個の67は図示されず)にその
凸部62.63.64において支持されている。第1の
粗動機構部65〜67はリニア形のアクチュエータであ
り、上下方向に移動する各可動片68を介して上部支持
体61を昇降させることができる。
第1の粗動機構部65〜67はプランジャマグネットの
ような電磁形でも、また、カムのような機械的なもので
あってもよい。
ような電磁形でも、また、カムのような機械的なもので
あってもよい。
試料9は、ここではLSIウェハの場合で示しているが
、X−Yテーブル形の位置決め用の粗動機構部69の上
に設置されている。その駆動範囲はトンネル電流検出ユ
ニット5oのほぼ中央が試料9の全面に移動可能な量で
ある0位置決め用の粗動機構部69の上部で試料9の回
りには、はぼ等間隔に上下方向に移動可能な第2の粗動
機構部70.71.72が設けられており、その先端部
は上部支持体61を支える構成となっている。
、X−Yテーブル形の位置決め用の粗動機構部69の上
に設置されている。その駆動範囲はトンネル電流検出ユ
ニット5oのほぼ中央が試料9の全面に移動可能な量で
ある0位置決め用の粗動機構部69の上部で試料9の回
りには、はぼ等間隔に上下方向に移動可能な第2の粗動
機構部70.71.72が設けられており、その先端部
は上部支持体61を支える構成となっている。
次に、第1図の実施例の動作を第5図(a)〜(C)に
よって説明する。
よって説明する。
はじめに、第1の粗動機構部65〜67を動作させ上部
支持体61を持ち上げ針8と試料9を完全に離しておく
0次に、位置決め用の粗動機構部69をX−Y方向に動
かし、顕微鏡やTVカメラを利用して観察したい試料9
の部分を針8の直下に6動させる。次に、第2の粗動機
構部70〜72を動作させるとともに、第1の粗動機構
部65〜67を待避させ、上部支持体61を第2の粗動
機構部70〜72で支える。この状態でも針8と試料9
は離れている。次に、第2の粗動機構70〜72を徐々
に動作させ、針8と試料9がトンネル電流検出可能範囲
になるまで待避させる。この状態で試料9の表面状態が
観察可能となる。
支持体61を持ち上げ針8と試料9を完全に離しておく
0次に、位置決め用の粗動機構部69をX−Y方向に動
かし、顕微鏡やTVカメラを利用して観察したい試料9
の部分を針8の直下に6動させる。次に、第2の粗動機
構部70〜72を動作させるとともに、第1の粗動機構
部65〜67を待避させ、上部支持体61を第2の粗動
機構部70〜72で支える。この状態でも針8と試料9
は離れている。次に、第2の粗動機構70〜72を徐々
に動作させ、針8と試料9がトンネル電流検出可能範囲
になるまで待避させる。この状態で試料9の表面状態が
観察可能となる。
次に微動機構の他の実施例を第6図により説明する。
第6図において、80は微動機構全体を示し、81はリ
ニアアクチュエータで、構成上の考え方は第10図にお
ける考え方とほぼ同じである。ピエゾ素子82の表面に
は歪ゲージ83が貼られており、この出力はピエゾ素子
82の駆動電源(図示せず)にフィードバックされる。
ニアアクチュエータで、構成上の考え方は第10図にお
ける考え方とほぼ同じである。ピエゾ素子82の表面に
は歪ゲージ83が貼られており、この出力はピエゾ素子
82の駆動電源(図示せず)にフィードバックされる。
ピエゾ素子82の変位は、リンク84を支点85を中心
に回転させ、支点86より平行ばね87に伝達される。
に回転させ、支点86より平行ばね87に伝達される。
平行ばね87は4つの回転中心88を有し、基台89に
対し移動部90が矢印方向に6動する。移動部90の先
端部には2軸の移動機構100が設けられ、移動機構1
00の一部には針8が設置されている。
対し移動部90が矢印方向に6動する。移動部90の先
端部には2軸の移動機構100が設けられ、移動機構1
00の一部には針8が設置されている。
第7図(a)、(b)、(C)に移動機構100の種々
の具体例を示す。
の具体例を示す。
第7図(a)の移動機構100は先に提案した(特願昭
61−186142号参照)微動台と同一構成で、ピエ
ゾ素子101.102により針8を互いに独立に動かす
ことができる特徴をもつ。
61−186142号参照)微動台と同一構成で、ピエ
ゾ素子101.102により針8を互いに独立に動かす
ことができる特徴をもつ。
第7図(b)における移動機構100は、第7図(a)
の駆動台を簡素化したもので、やはりピエゾ素子101
.102により針8を互いに独立に直角方向に動かすこ
とができる。第7図(a)の微動台に比べ組み立ての際
の正確さ、例えば2個のピエゾ素子101.102をい
かに正確に直角方向に設置するかが問題となる。
の駆動台を簡素化したもので、やはりピエゾ素子101
.102により針8を互いに独立に直角方向に動かすこ
とができる。第7図(a)の微動台に比べ組み立ての際
の正確さ、例えば2個のピエゾ素子101.102をい
かに正確に直角方向に設置するかが問題となる。
第7図(C)における移動機構100は、1個の圧電セ
ラミックスからワイヤ放電加工等により第7図(b)の
形状を削り出したものである。電極103,104を設
けることにより、第7図(b)で示す移動機構100と
同じ動作を実現できる。
ラミックスからワイヤ放電加工等により第7図(b)の
形状を削り出したものである。電極103,104を設
けることにより、第7図(b)で示す移動機構100と
同じ動作を実現できる。
第8図(a)〜(d)は、第6図の実施例における移動
部90の先端へ取り付ける移動機構100の固定手段を
示す図で、いずれも第6図とは上下関係が逆になってい
る。
部90の先端へ取り付ける移動機構100の固定手段を
示す図で、いずれも第6図とは上下関係が逆になってい
る。
第8図(a)は移動機構100の一部を隙間91に押し
込む例であり、第8図(b)はスナップピンと同様に凸
部92を移動部90の凹部93に押し込んで留める場合
であり、第8図(C)はくさび形切り欠き部94に横方
向より凸部92をスライドさせて留める場合である。い
ずれの場合も、両者のはめ合いの程度はしばりばめの程
度に調整する必要がある。第8図(d)は板ばね95を
利用している。移動部9oの先端部周辺には、4つの板
ばね95が内側に湾曲して固定されており、その中に移
動機構100を押し込むことにより固定することができ
る。
込む例であり、第8図(b)はスナップピンと同様に凸
部92を移動部90の凹部93に押し込んで留める場合
であり、第8図(C)はくさび形切り欠き部94に横方
向より凸部92をスライドさせて留める場合である。い
ずれの場合も、両者のはめ合いの程度はしばりばめの程
度に調整する必要がある。第8図(d)は板ばね95を
利用している。移動部9oの先端部周辺には、4つの板
ばね95が内側に湾曲して固定されており、その中に移
動機構100を押し込むことにより固定することができ
る。
以上いくつかの例を示したが、容易に着脱可能であり、
しかも装置化した場合は移動機構100と一体に動く程
度に固定させる構造であればよい。また、第6図に示す
リニアアクチュエータ81は、ピエゾ素子82をアクチ
ュエータとし、ピエゾ素子駆動電源にその変位をフィー
ドバックする構成で示したが、これに限定されるもので
はなく、電磁石や静電力を利用したアクチュエータでも
よく、さらに、変位の検出には歪ゲージ83のみならず
静電容量や光を利用したものでもよい。また、第6図〜
第8図に示す微動機構80は、第2図に示す微動機構3
0と同じく、第4図のトンネル電流検出ユニット50に
組み込み使用することは言うまでもない。
しかも装置化した場合は移動機構100と一体に動く程
度に固定させる構造であればよい。また、第6図に示す
リニアアクチュエータ81は、ピエゾ素子82をアクチ
ュエータとし、ピエゾ素子駆動電源にその変位をフィー
ドバックする構成で示したが、これに限定されるもので
はなく、電磁石や静電力を利用したアクチュエータでも
よく、さらに、変位の検出には歪ゲージ83のみならず
静電容量や光を利用したものでもよい。また、第6図〜
第8図に示す微動機構80は、第2図に示す微動機構3
0と同じく、第4図のトンネル電流検出ユニット50に
組み込み使用することは言うまでもない。
以上説明したようにこの発明は、トンネル電流検出ユニ
ットにおける微動機構が、針の取り付は台が3軸方向に
それぞれ弾性体で支持されている構成なので、3軸方向
の動きが独立しており、互いに干渉がないので得られる
表面状態のゆがみや歪がなく、正確な情報が得られる利
点がある。
ットにおける微動機構が、針の取り付は台が3軸方向に
それぞれ弾性体で支持されている構成なので、3軸方向
の動きが独立しており、互いに干渉がないので得られる
表面状態のゆがみや歪がなく、正確な情報が得られる利
点がある。
また、微動機構をリニアアクチュエータの先端部分に2
軸の移動機構を着脱可能に設けたものは観察像の高さ方
向の絶対寸法が正確であり、針が移動機構とともに本体
側より容易に切り離させるので、針の変換調整や検査が
容易である。さらに、釘付の移動機構は多数用意してお
けば随時新しい針と交換できる等の効果がある。
軸の移動機構を着脱可能に設けたものは観察像の高さ方
向の絶対寸法が正確であり、針が移動機構とともに本体
側より容易に切り離させるので、針の変換調整や検査が
容易である。さらに、釘付の移動機構は多数用意してお
けば随時新しい針と交換できる等の効果がある。
さらに、この発明は粗動機構として第1の粗動機構部と
第2の粗動機構部とを設けたので、第1の粗動機構部に
より移動範囲が大きくとれるため、LSIのような大面
積の試料の任意は位置を容易に観察可能であり、また、
第2の粗動機構部により移動範囲の割にトンネル電流検
出ユニットの支持点が試料に近いため、安定した表面の
状態情報が得られる利点がある。
第2の粗動機構部とを設けたので、第1の粗動機構部に
より移動範囲が大きくとれるため、LSIのような大面
積の試料の任意は位置を容易に観察可能であり、また、
第2の粗動機構部により移動範囲の割にトンネル電流検
出ユニットの支持点が試料に近いため、安定した表面の
状態情報が得られる利点がある。
第1図はこの発明の一実施例を示す一部を切欠いた組立
状態を説明するための斜視図、第2図はこの発明の微動
機構の斜視図、第3図は、第2図の正面図、第4図はこ
の発明のトンネル電流検出ユニットの一部を切欠いて示
した斜視図、第5図は、第1図の実施例の動作説明図、
第6図はこの発明の微動機構の他の実施例を示す斜視図
、第7図は、第6図における移動機構の各種の例を示す
斜視図、第8図は同じく移動機構の取り付は手段の各種
の例を示す説明図、第9図は従来のトライボッド形微動
機構の斜視図、第10図は従来のリニアアクチュエータ
の一例を示す平面図とその動作説明のための構成図、第
11図は同じく粗動機構の一部を切欠して示した斜視図
である。 図中、8は針、9は試料、30は微動機構、31.32
.33は取付は板、34.35.36は弾性部材、37
は保持体、38.39.40は圧電セラミックス、50
はトンネル電流検出ユニット、60は粗動機構、61は
上部支持体、62゜63.64は凸部、65,66.6
7は第1の粗動機構部、68は可動片、69は位置決め
用の粗動機構部、70.71.72は第2の粗動機構部
、80は微動機構、81はリニアアクチュエータ、82
はピエゾ素子、83は歪ゲージ、84はリンク、85.
86は支点、87は平行ばね、88は回転中心、89は
基台、90は移動部、91は隙間、92は凸部、93は
凹部、94はくさび形切り欠き部、95は板ばね、10
0は移動機構、101.102はピエゾ素子、103゜
104は電極である。 第1図 第2図 第3図 第4図 第6図 鞭 第5図 第7図 第8図 第9図 第11図
状態を説明するための斜視図、第2図はこの発明の微動
機構の斜視図、第3図は、第2図の正面図、第4図はこ
の発明のトンネル電流検出ユニットの一部を切欠いて示
した斜視図、第5図は、第1図の実施例の動作説明図、
第6図はこの発明の微動機構の他の実施例を示す斜視図
、第7図は、第6図における移動機構の各種の例を示す
斜視図、第8図は同じく移動機構の取り付は手段の各種
の例を示す説明図、第9図は従来のトライボッド形微動
機構の斜視図、第10図は従来のリニアアクチュエータ
の一例を示す平面図とその動作説明のための構成図、第
11図は同じく粗動機構の一部を切欠して示した斜視図
である。 図中、8は針、9は試料、30は微動機構、31.32
.33は取付は板、34.35.36は弾性部材、37
は保持体、38.39.40は圧電セラミックス、50
はトンネル電流検出ユニット、60は粗動機構、61は
上部支持体、62゜63.64は凸部、65,66.6
7は第1の粗動機構部、68は可動片、69は位置決め
用の粗動機構部、70.71.72は第2の粗動機構部
、80は微動機構、81はリニアアクチュエータ、82
はピエゾ素子、83は歪ゲージ、84はリンク、85.
86は支点、87は平行ばね、88は回転中心、89は
基台、90は移動部、91は隙間、92は凸部、93は
凹部、94はくさび形切り欠き部、95は板ばね、10
0は移動機構、101.102はピエゾ素子、103゜
104は電極である。 第1図 第2図 第3図 第4図 第6図 鞭 第5図 第7図 第8図 第9図 第11図
Claims (3)
- (1)針を試料面に間隔を置いて対向させ、前記針と試
料との間に電圧を印加し、前記針で前記試料面上を走査
して得られるトンネル電流を検出する走査型トンネル顕
微鏡において、トンネル電流を検出する前記針の保持体
をそれぞれ3軸方向に弾性体で支持するとともに、前記
弾性体のそれぞれの前記保持体の反対端に圧電セラミッ
クスを固着した微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。 - (2)針を試料面に間隔を置いて対向させ、前記針と試
料との間に電圧を印加し、前記針で前記試料面上を走査
して得られるトンネル電流を検出する走査型トンネル顕
微鏡において、指令信号に対し線形の上下方向の変位を
生ずるリニアアクチュエータの先端部分に、前記リニア
アクチュエータの上下の変位とそれぞれ直角方向に前記
針を移動可能な2軸の移動機構を着脱可能に設けたこと
を特徴とする走査型トンネル顕微鏡。 - (3)請求項(1)または(2)に記載の走査型トンネ
ル顕微鏡において、微動機構を装着した上部支持体と、
前記上部支持体を支持する上下方向移動可能な第1の粗
動機構部と、試料を任意の位置に移動可能な位置決め用
の粗動機構部と、前記位置決め用粗動機構部に設置され
た上下方向移動可能な第2の粗動機構部とからなる粗動
機構を備えたことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11712988A JPH01287403A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11712988A JPH01287403A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01287403A true JPH01287403A (ja) | 1989-11-20 |
Family
ID=14704158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11712988A Pending JPH01287403A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01287403A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5297130A (en) * | 1991-02-08 | 1994-03-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus and a recording and/or reproducing apparatus using the same |
EP0599582A2 (en) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | Topometrix | Scanning apparatus linearization and calibration system |
WO2002055201A3 (en) * | 2001-01-12 | 2002-11-14 | Scientific Generics Limited | Sample processing apparatus |
JP2009244133A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Nippon Thompson Co Ltd | 可動テーブル装置 |
JP2012027296A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Akutesu Kk | 位置決め装置 |
-
1988
- 1988-05-16 JP JP11712988A patent/JPH01287403A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5297130A (en) * | 1991-02-08 | 1994-03-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus and a recording and/or reproducing apparatus using the same |
EP0599582A2 (en) * | 1992-11-20 | 1994-06-01 | Topometrix | Scanning apparatus linearization and calibration system |
EP0599582A3 (en) * | 1992-11-20 | 1995-05-10 | Topometrix | Linear system and calibration of scanning apparatus. |
WO2002055201A3 (en) * | 2001-01-12 | 2002-11-14 | Scientific Generics Limited | Sample processing apparatus |
JP2009244133A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Nippon Thompson Co Ltd | 可動テーブル装置 |
JP2012027296A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Akutesu Kk | 位置決め装置 |
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