JPH06258070A - Scanning probe microscope - Google Patents
Scanning probe microscopeInfo
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- JPH06258070A JPH06258070A JP4638593A JP4638593A JPH06258070A JP H06258070 A JPH06258070 A JP H06258070A JP 4638593 A JP4638593 A JP 4638593A JP 4638593 A JP4638593 A JP 4638593A JP H06258070 A JPH06258070 A JP H06258070A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、試料の微細な表面形状
を観察するための走査型プローブ顕微鏡に関するもので
あり、特に円筒型圧電素子によるスキャナを用いた移動
ステージに傾斜補正機能を持たせて、精度の良い観察を
可能にした走査型プローブ顕微鏡に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope for observing a fine surface shape of a sample. In particular, a movable stage using a scanner having a cylindrical piezoelectric element has a tilt correction function. The present invention relates to a scanning probe microscope that enables accurate observation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡は、試料の微細な
表面形状を観察するものであり、従来、この走査型プロ
ーブ顕微鏡として、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）な
どが知られている。2. Description of the Related Art A scanning probe microscope is for observing a fine surface shape of a sample. Conventionally, a scanning tunnel microscope (STM),
Atomic force microscope (AFM), magnetic force microscope (MFM) and the like are known.
【０００３】これらは、圧電体等の微動素子により構成
された微動位置調整装置上に試料を保持し、カンチレバ
ーの先端側に植立させた探針により試料表面を走査する
が、その探針による試料表面の走査において、探針と試
料の表面との距離が一定値に保たれるよう、探針と試料
との間に流れるトンネル電流値に応じて（走査型トンネ
ル顕微鏡の場合）、あるいは探針先端の原子と試料表面
の原子との間に作用する引力や斥力によるカンチレバー
の変位量に応じて（原子間力顕微鏡の場合）、あるいは
探針と試料の磁性粒子との間に働く磁力によるカンチレ
バーの変位量に応じて（磁気力顕微鏡の場合）、微動位
置調整装置の変位量を制御し、その際の制御量から試料
の表面凹凸の情報を再現して像として再構成し、試料の
表面の状態を観察できるようにしたものである。These hold a sample on a fine movement position adjusting device composed of a fine movement element such as a piezoelectric body, and scan the surface of the sample with a probe set up on the tip side of the cantilever. Depending on the tunnel current value flowing between the probe and the sample (in the case of a scanning tunneling microscope) or the probe, so that the distance between the probe and the sample surface is kept constant during scanning of the sample surface. Depending on the amount of displacement of the cantilever due to the attractive force or repulsive force acting between the atom at the tip of the needle and the atom on the sample surface (in the case of atomic force microscope), or by the magnetic force acting between the probe and the magnetic particles of the sample Depending on the displacement of the cantilever (in the case of a magnetic force microscope), the displacement of the fine movement position adjustment device is controlled, and the information of the surface roughness of the sample is reconstructed from the control amount at that time to reconstruct it as an image. Observe surface condition Those who wear way.
【０００４】ところで、微動位置調整装置は上述したよ
うに、試料表面を探針に対して走査させると共に、Ｚ軸
方向の変位制御を行うものであるが、従来、この種の微
動位置調整装置の一例としては図１１に示すような構成
が知られている。As described above, the fine movement position adjusting device scans the sample surface with respect to the probe and controls the displacement in the Z-axis direction. As an example, a configuration as shown in FIG. 11 is known.
【０００５】図１１において、圧電材料を円筒形に形成
した円筒圧電素子本体１００の内周面全体には内周面電
極１００ａが形成されており、また、円筒圧電素子本体
１００の外周面には周面を円筒の軸方向に沿って四分割
したそれぞれの領域に、外周側電極１００ｂが形成され
ている。In FIG. 11, an inner peripheral surface electrode 100a is formed on the entire inner peripheral surface of a cylindrical piezoelectric element body 100 formed of a cylindrical piezoelectric material, and an outer peripheral surface of the cylindrical piezoelectric element body 100 is formed. The outer peripheral electrode 100b is formed in each of the regions obtained by dividing the peripheral surface into four along the axial direction of the cylinder.
【０００６】内周面電極１００ａは共通電極であり、こ
の共通電極１００ａと外周側電極１００ｂとの間に、電
圧を印加することにより、円筒圧電素子本体１００には
この印加電圧に応じた変形（歪み）が生じるよう構成さ
れている。なお、円筒圧電素子本体１００の下部はしっ
かりした基盤１００ｄに固定されて保持される。The inner peripheral surface electrode 100a is a common electrode, and when a voltage is applied between the common electrode 100a and the outer peripheral electrode 100b, the cylindrical piezoelectric element body 100 is deformed according to the applied voltage ( Distortion). The lower part of the cylindrical piezoelectric element body 100 is fixed and held by a solid board 100d.
【０００７】また、図１１では省略してあるが、試料台
１００ｃは円筒圧電素子本体１００の上部に直に載置さ
れるのではなく、図１２に示すように、円筒圧電素子本
体１００の上部に取り付けられたサポート部１００ｅの
上に載置される。試料台１００ｃはサポート部１００ｅ
上に単に載せられているだけである。Although not shown in FIG. 11, the sample stage 100c is not directly mounted on the upper portion of the cylindrical piezoelectric element body 100, but is placed on the upper portion of the cylindrical piezoelectric element body 100 as shown in FIG. It is placed on the support part 100e attached to the. The sample table 100c is a support part 100e
It's just listed above.
【０００８】そのため、円筒圧電素子本体１００を変位
させることにより、その際の勢いで試料台１００ｃは位
置ずれを起こすことを利用して、試料台１００ｃ上の試
料の目的の観察領域を、探針の位置に移動することが可
能な構成となっている。Therefore, by displacing the cylindrical piezoelectric element main body 100, the momentum at that time causes the sample stage 100c to be displaced, so that the target observation region of the sample on the sample stage 100c is probed. It is configured to be able to move to the position.
【０００９】このような構成の移動ステージの実際の使
用にあたっては、円筒圧電素子本体１００の４つの外周
側電極１００ｂのうち、対向する二つの電極に逆位相と
なるように一周期分の単一波形電圧信号、または、間欠
的に連続する複数周期分の単一波形電圧信号を加える。In the actual use of the moving stage having such a structure, of the four outer peripheral side electrodes 100b of the cylindrical piezoelectric element body 100, two electrodes facing each other are provided with a single period of one cycle so as to have opposite phases. A waveform voltage signal or a single waveform voltage signal for a plurality of cycles that are intermittently continuous is applied.
【００１０】これによって円筒圧電素子本体１００が変
形（変位）することにより得られる加速度を伴う衝撃的
な動きを利用し、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す
ように、円筒型圧電素子本体１００の上端に固定された
サポート部１００ｅ上の試料台１００ｃを微小移動させ
る。つまり、図１２（ａ）は電圧開放時であり、円筒圧
電素子本体１は変形なしで、直立している。電圧を印加
すると、その印加した電圧に対応して図１２（ｂ）のよ
うに変形を起こして頭を振り、電圧を開放すると図１２
（ｃ）のように変形が無くなって、元の直立状態に戻
る。As a result, as shown in FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c), the cylindrical piezoelectric element body 100 is deformed (displaced) to utilize the shocking motion accompanied by acceleration. The sample table 100c on the support part 100e fixed to the upper end of the piezoelectric device body 100 is moved slightly. That is, FIG. 12A shows the state when the voltage is released, and the cylindrical piezoelectric element body 1 is upright without deformation. When a voltage is applied, it deforms according to the applied voltage as shown in FIG.
As shown in (c), there is no deformation and the original upright state is restored.
【００１１】これら一連の動作が瞬時に行われるため、
試料台１００ｃがサポート部１００ｅ上で滑動し、単位
距離ずつ、微小移動するのである。そして、試料台１０
０ｃをこのように円筒型圧電素子本体１００の上で、微
小移動させてゆくことで、ステージ走査を行っている。Since a series of these operations are instantaneously performed,
The sample table 100c slides on the support part 100e and minutely moves by a unit distance. And the sample table 10
0c is finely moved on the cylindrical piezoelectric element body 100 in this way to perform stage scanning.
【００１２】このような構成による微動位置調整装置１
０Ａ（移動スキャナ）は二次元平面内での試料台１００
ｃの微小な位置移動に用いるものである。そのため、二
次元平面内での試料の走査に利用することができるもの
の、つぎのような問題が生じる。Fine movement position adjusting device 1 having such a configuration
0A (moving scanner) is a sample table 100 in a two-dimensional plane.
It is used for minute position movement of c. Therefore, although it can be used for scanning a sample in a two-dimensional plane, the following problems occur.
【００１３】すなわち、図１３に示すように、走査型プ
ローブ顕微鏡では試料表面の観察にあたって、円筒型圧
電素子によるスキャナ上に載置している測定試料１２の
表面が全体的に亙り、カンチレバー９先端側の探針９ａ
の走査平面に対して傾きを持っていると、探針９ａで試
料１２の表面を走査する際、走査ラインに傾きを生じ、
データ取り込み時の感度を十分に活かせない場合があ
る。That is, as shown in FIG. 13, in observing the sample surface in the scanning probe microscope, the entire surface of the measurement sample 12 placed on the scanner by the cylindrical piezoelectric element covers the tip of the cantilever 9. Side probe 9a
When the surface of the sample 12 is scanned by the probe 9a, the scanning line is inclined,
In some cases, the sensitivity at the time of data acquisition cannot be fully utilized.
【００１４】この傾きは、試料１２自身の表面の仕上げ
の状況によって生じたもの（厚みの差）の他、試料自身
には厚みの差がなくとも、円筒型圧電素子が変位するこ
とによって上面側が傾くことにより、試料台１００ｃが
傾斜すると云ったことからも生じる。This inclination is caused by the finishing condition of the surface of the sample 12 itself (difference in thickness), and even if there is no difference in the thickness of the sample itself, the upper surface side is displaced by the displacement of the cylindrical piezoelectric element. The tilt also causes the sample stand 100c to tilt.
【００１５】従って、データ取り込み後に、図１４
（ａ）に示すように、走査ラインＳＬの傾きに対して、
得られた各画素に、ある傾きを持つ線分からの垂直方向
の変位を引いて図１４（ｂ）におけるＩＭｆのように描
き直し、試料１２や試料台１００ｃ等の傾きの影響を取
り除くと云った処理をすることになるが、このような処
理によっても、表面形状等を適確に再現出来ないことが
ある。Therefore, after data acquisition,
As shown in (a), with respect to the inclination of the scanning line SL,
A process of subtracting a vertical displacement from a line segment having a certain inclination to each obtained pixel and redrawing it as IMf in FIG. 14B to remove the influence of the inclination of the sample 12, the sample table 100c, or the like However, even with such a process, the surface shape and the like may not be reproduced accurately.
【００１６】すなわち、補正により得られた像ＩＭｆは
走査ラインＳＬの傾き分をそのまま差し引いた状態であ
り、傾斜自体を補正したものではないから、本来の像は
ＩＭｒとなるところが、ＩＭｆのようになっており、こ
れでは表面形状を正確に再現できたとは云えない。That is, the image IMf obtained by the correction is in a state in which the inclination of the scanning line SL is subtracted as it is, and the inclination itself is not corrected, so that the original image is IMr, but it is like IMf. Therefore, it cannot be said that the surface shape could be accurately reproduced.
【００１７】従って、走査型プローブ顕微鏡を用いて観
察を行なう場合、走査平面と試料面が一致するように試
料の傾斜を調整するために、何等かの傾斜調整手段を必
要とすることになる。Therefore, when observing with a scanning probe microscope, some inclination adjusting means is required to adjust the inclination of the sample so that the scanning plane and the sample surface coincide with each other.
【００１８】このような調整機構としては、つぎのよう
なものが考えられる。例えば、球面の任意方向の微小回
転を行うゴニオステージの利用である。The following may be considered as such an adjusting mechanism. For example, use of a goniometer stage that performs minute rotation of the spherical surface in an arbitrary direction.
【００１９】すなわち、ゴニオステージは、球面の任意
方向の微小回転を行うことができる機構であり、その構
造は一般的には図１５に示すようなものである。That is, the gonio stage is a mechanism capable of performing minute rotation of a spherical surface in an arbitrary direction, and its structure is generally as shown in FIG.
【００２０】図において、３０はゴニオステージであ
り、３１はステージ、３２は案内機構、３３はマイクロ
メータ、３４は中間ステージ、３５は中間ステージ案内
機構、３６ａ，３６ｂはバーニアである。In the figure, 30 is a gonio stage, 31 is a stage, 32 is a guide mechanism, 33 is a micrometer, 34 is an intermediate stage, 35 is an intermediate stage guide mechanism, and 36a and 36b are vernier.
【００２１】ステージ３１と案内機構３２、そして、中
間ステージ３４と中間ステージ案内機構３５はそれぞれ
対を成しており、ステージ３１の下面は球面状の凸面
に、また、案内機構３２の上面は球面状凹面に仕上げら
れると共に、互いの接触面側にアリ溝移動ガイド３１
ａ，３２ａが形成されている。このアリ溝移動ガイド３
１ａ，３２ａは互いに摺動可能に嵌合しており、移動方
向を規定する。The stage 31 and the guide mechanism 32, and the intermediate stage 34 and the intermediate stage guide mechanism 35 form a pair, and the lower surface of the stage 31 is a spherical convex surface, and the upper surface of the guide mechanism 32 is a spherical surface. -Shaped concave surface and dovetail groove movement guide 31 on the contact surface side of each other.
a and 32a are formed. This dovetail movement guide 3
1a and 32a are slidably fitted to each other and define a moving direction.
【００２２】また同様に、中間ステージ３４の下面は球
面状の凸面に、また、中間ステージ案内機構３５の上面
は球面状凹面に仕上げられると共に、互いの接触面側に
アリ溝移動ガイド３４ａ，３５ａが形成されている。こ
のアリ溝移動ガイド３４ａ，３５ａは互いに摺動可能に
嵌合しており、移動方向を規定する。Similarly, the lower surface of the intermediate stage 34 is finished as a spherical convex surface, and the upper surface of the intermediate stage guide mechanism 35 is finished as a spherical concave surface, and dovetail groove movement guides 34a, 35a are provided on the contact surface sides of each other. Are formed. The dovetail groove movement guides 34a and 35a are slidably fitted to each other and define the movement direction.
【００２３】アリ溝移動ガイド３１ａ，３２ａとアリ溝
移動ガイド３４ａ，３５ａは直交する配置関係としてあ
り、また、互いの球状面は同一の曲率としてあることか
ら、ゴニオステージ３０は、同一の回動中心を持つ二軸
を有し、これら二軸は独立な移動を可能にする構成とな
る。Since the dovetail groove movement guides 31a and 32a and the dovetail groove movement guides 34a and 35a are arranged orthogonally to each other, and the spherical surfaces of them have the same curvature, the goniometer stage 30 has the same rotation. It has two axes having a center, and these two axes are configured to allow independent movement.
【００２４】ステージ３１と案内機構３２、そして、中
間ステージ３４と中間ステージ案内機構３５はそれぞれ
マイクロメータ３３ａ，３３ｂを有しており、それぞれ
マイクロメータ３３ａ，３３ｂを回転操作することによ
り、アリ溝移動ガイドに沿って案内されながらステージ
３１、中間ステージ３４を、案内機構３２、中間ステー
ジ案内機構３５に対して回動させることができる。回動
量（移動量）はバーニア３６ａ，３６ｂによって読み取
ることができる。The stage 31 and the guide mechanism 32, and the intermediate stage 34 and the intermediate stage guide mechanism 35 respectively have micrometers 33a and 33b. By rotating the micrometers 33a and 33b, the dovetail groove is moved. The stage 31 and the intermediate stage 34 can be rotated with respect to the guide mechanism 32 and the intermediate stage guide mechanism 35 while being guided along the guide. The rotation amount (movement amount) can be read by the vernier 36a, 36b.
【００２５】マイクロメータ３３ａ，３３ｂを回転操作
することで回動できる量は通常、±２０°程度であり、
回動の読み取りの最小値が、バーニア３６ａ，３６ｂの
値で０．１°程度である。The amount of rotation by rotating the micrometers 33a and 33b is normally about ± 20 °,
The minimum value for reading the rotation is about 0.1 ° in the values of the verniers 36a and 36b.
【００２６】ステージ３１の上面は水平度を確保した平
坦面であり、ステージ３１を保持する案内機構３２の下
面も水平度を確保した平坦面である。そして、中間ステ
ージ３４の上面は水平度を確保した平坦面であり、案内
機構３２はこの中間ステージ３４の上面に保持される。The upper surface of the stage 31 is a flat surface that ensures horizontality, and the lower surface of the guide mechanism 32 that holds the stage 31 is also a flat surface that ensures horizontality. The upper surface of the intermediate stage 34 is a flat surface that ensures horizontality, and the guide mechanism 32 is held on the upper surface of the intermediate stage 34.
【００２７】このような構成のゴニオステージ３０は、
マイクロメータ３３ａ，３３ｂを回動操作することによ
り、ステージ３１の上面の傾斜を水平面に対して、２０
°程度の範囲内でどの方向にも傾斜させることができ、
試料の上面が全体的に傾斜していても、その傾斜面を探
針の走査面に対して水平になるように保持することが可
能になる。The goniometer stage 30 having such a structure is
By rotating the micrometers 33a and 33b, the inclination of the upper surface of the stage 31 with respect to the horizontal plane is increased by 20 degrees.
It can be tilted in any direction within a range of about °,
Even if the upper surface of the sample is entirely inclined, the inclined surface can be held so as to be horizontal to the scanning surface of the probe.
【００２８】[0028]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゴニオ
ステージは傾き調整に、マイクロメータによる微調整機
構を用いており、アリ溝移動ガイドに沿って球面上を摺
動させて傾きを変える構成であるから重量があり、ま
た、体積もある。However, since the goniometer stage uses a fine adjustment mechanism using a micrometer for tilt adjustment, it has a structure in which the tilt is changed by sliding on a spherical surface along the dovetail groove movement guide. It has weight and also volume.
【００２９】一方、走査型プローブ顕微鏡は、探針によ
る試料面の走査を行って、例えば、探針に作用する試料
の原子の引力や斥力によるカンチレバーの変位量から試
料表面の状態を知ると云った原理上、探針や試料は微小
なものであり、従って、微動位置調整装置１０Ａも小さ
なものとなる。On the other hand, in the scanning probe microscope, the state of the sample surface is known by scanning the sample surface with the probe and, for example, the amount of displacement of the cantilever due to the attractive force or repulsive force of the atoms of the sample acting on the probe. In principle, the probe and the sample are minute, and therefore the fine movement position adjusting device 10A is also small.
【００３０】そして、円筒型圧電素子の微少変形を試料
の移動に利用する微動位置調整装置（移動ステージ）
は、メカニカルな回転駆動操作系による直動式のステー
ジに代わる小形化の可能な装置として登場したものであ
り、ましてや、傾き調整機構は微動位置調整装置１０Ａ
を構成する円筒型圧電素子の上部に取り付けることにな
るので、小さな円筒型圧電素子の上部に、重量、体積の
ある一般的なゴニオステージを組み込むことは、技術的
に甚だ困難であるばかりか、メカニカルな回転駆動操作
系を排除する方向に向かう時代の潮流とは逆行する技術
となる。Then, a fine movement position adjusting device (moving stage) which uses a slight deformation of the cylindrical piezoelectric element for moving the sample.
Has appeared as a device that can be miniaturized in place of a direct-acting stage by a mechanical rotary drive operation system, let alone an inclination adjusting mechanism that is a fine movement position adjusting device 10A.
Since it will be attached to the upper part of the cylindrical piezoelectric element that constitutes the above, it is technically very difficult to incorporate a general goniometer stage having a large weight and volume on the upper part of the small cylindrical piezoelectric element. This is a technology that runs counter to the tide of the era of moving away from mechanical rotary drive operation systems.
【００３１】そこで、この発明の目的とするところは、
筒型圧電素子を利用した移動ステージにおいて、当該移
動ステージ上に載置した試料の持つ傾斜を取り除くこと
ができるようにした微動位置調整装置を有する走査型プ
ローブ顕微鏡を提供することにある。Therefore, the object of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a scanning probe microscope having a fine movement position adjusting device capable of removing a tilt of a sample placed on the moving stage in a moving stage using a cylindrical piezoelectric element.
【００３２】[0032]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はつぎのように構成する。すなわち、探針を
植立したカンチレバーを用い、その探針を試料の表面に
近接させて相対走査することにより、上記試料表面の情
報を得る走査型プローブ顕微鏡において、試料を探針に
対して走査させるための微動位置調整装置を、周面に分
割した電極を配置した筒型の圧電素子と、試料を載置す
るための上面部と凸面状の底部とを有する試料台と、上
記圧電素子の上部に配され、上記試料台の底部と接して
試料台を傾斜可能に保持するサポート部とより構成す
る。In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, in a scanning probe microscope that obtains information on the sample surface by using a cantilever in which the probe is erected and bringing the probe into close proximity to the surface of the sample, the sample is scanned with respect to the probe. The fine movement position adjusting device for making the cylindrical piezoelectric element in which the divided electrodes are arranged on the peripheral surface, the sample table having the upper surface part for mounting the sample and the convex bottom part, and the piezoelectric element The support unit is disposed on the upper portion and is in contact with the bottom portion of the sample table to hold the sample table in a tiltable manner.
【００３３】[0033]
【作用】このような構成によって、試料台はサポート部
上で回動可能になる。With this structure, the sample table can be rotated on the support part.
【００３４】そのため、筒型の圧電素子を駆動させる
と、サポート部上の試料台は傾きを変えることができ
る。Therefore, when the cylindrical piezoelectric element is driven, the inclination of the sample table on the support part can be changed.
【００３５】圧電素子は一端つまり、下端が基板に固定
されており、他端につまり上端にはサポート部を介して
試料台（載物台）が設けられている。そして、圧電素子
に一周期分の単一波形電圧信号または間欠的に連続する
複数周期分の単一波形電圧信号を印加して変位させ、駆
動するが、その際の変位は加速度を伴う衝撃的な変形と
なり、駆動信号に対応したものとなり、所定の条件を満
たす駆動信号とすることによって、前記試料台を駆動し
て、該試料台上に固定された試料を前記圧電素子の変形
方向に微少量移動させる移動ステージとして機能させた
り、姿勢を変化させるゴニオステージとして機能させた
りすることができる。One end, that is, the lower end, of the piezoelectric element is fixed to the substrate, and the other end, that is, the upper end, is provided with a sample table (mounting table) via a support portion. Then, a single waveform voltage signal for one cycle or a single waveform voltage signal for a plurality of cycles that is intermittently continuous is applied to the piezoelectric element to displace and drive the piezoelectric element, but the displacement at that time is shocked with acceleration. In this case, the sample table is driven and the sample fixed on the sample table is slightly moved in the deformation direction of the piezoelectric element. It can function as a moving stage that moves a small amount or as a goniometer stage that changes its posture.
【００３６】[0036]
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３７】（第１実施例）図１は本発明の第１実施例
による移動ステージの構成を説明するための図であっ
て、（ａ）は移動ステージにおける試料台部分の正面
図、（ｂ）は凹面サポート部を持つ筒型圧電素子上に試
料台を設けた構成の移動ステージを示す図、（ｃ）はリ
ング状サポート部を持つ円筒型圧電素子上に試料台を設
けた構成の移動ステージを示す図である。(First Embodiment) FIG. 1 is a view for explaining the structure of a moving stage according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is a front view of a sample stage portion of the moving stage, (b) ) Is a diagram showing a moving stage having a structure in which a sample stage is provided on a cylindrical piezoelectric element having a concave support portion, and (c) is a moving stage having a structure in which a sample stage is provided on a cylindrical piezoelectric element having a ring-shaped support portion. It is a figure which shows a stage.
【００３８】本発明による走査型プローブ顕微鏡の微動
位置調整装置（移動ステージ）２０は、図１の（ａ）に
示すように、下部面形状が曲率を持った凸面状の下部面
２１ａを有する円柱状もしくは肉厚の円板状の試料台
（載物台）２１を用いる。試料台２１の上面２１ｂは精
度の高い水平面に加工した試料載置面となっていて、試
料１２は接着剤や両面テープ等の支持剤１３により、試
料載置面上に保持される。A fine movement position adjusting device (moving stage) 20 for a scanning probe microscope according to the present invention has a circle having a convex lower surface 21a with a lower surface having a curvature, as shown in FIG. 1 (a). A column-shaped or thick-walled disk-shaped sample table (mounting table) 21 is used. An upper surface 21b of the sample table 21 is a sample mounting surface processed into a highly accurate horizontal surface, and the sample 12 is held on the sample mounting surface by a support agent 13 such as an adhesive or a double-sided tape.
【００３９】このような形状の試料台２１は、（ｂ）お
よび（ｃ）に示すように、円筒型圧電素子本体２２上に
サポート部２３を介して載置される。The sample table 21 having such a shape is placed on the cylindrical piezoelectric element main body 22 via the support portion 23, as shown in (b) and (c).
【００４０】微動位置調整装置２０を構成する円筒型圧
電素子本体２２は、圧電材料を円筒形に形成した円筒圧
電素子本体２２の内周面全体に内周面電極が形成されて
おり、また、円筒圧電素子本体２２の外周面には周面を
円筒の軸方向に沿って四分割したそれぞれの領域に、外
周側電極２２ａが形成されている。The cylindrical piezoelectric element main body 22 constituting the fine movement position adjusting device 20 has an inner peripheral surface electrode formed on the entire inner peripheral surface of the cylindrical piezoelectric element main body 22 in which a piezoelectric material is formed in a cylindrical shape. On the outer peripheral surface of the cylindrical piezoelectric element body 22, outer peripheral electrodes 22a are formed in respective regions obtained by dividing the peripheral surface into four along the axial direction of the cylinder.
【００４１】なお、円筒圧電素子本体２２の下部はしっ
かりした基盤２３に固定されて保持される。The lower portion of the cylindrical piezoelectric element body 22 is fixed and held by a solid board 23.
【００４２】図１の（ｂ）に示すサポート部２４は円柱
状もしくは肉厚の円板状であって、下面が平坦であり、
上面２４ａは試料台２１の下部面形状と一致する凹面形
状としてあり、この上面２４ａに試料台２１を載せて配
置することにより試料台２１を保持する。試料台２１は
サポート部２４上に単に置かれているだけであるから、
試料台２１は当該サポート部２４上で移動可能である。The support portion 24 shown in FIG. 1B has a columnar shape or a thick disk shape, and has a flat lower surface.
The upper surface 24a has a concave shape that matches the lower surface shape of the sample table 21, and the sample table 21 is held by placing the sample table 21 on the upper surface 24a. Since the sample table 21 is simply placed on the support 24,
The sample table 21 is movable on the support part 24.
【００４３】図１の（ｃ）に示すサポート部２５は円柱
状もしくは肉厚の円板状であって、底部は平坦であり、
上面２５ａ側が円筒状にくりぬいてあって、残った側壁
２５ｂがリング状のサポート部を形成する。このリング
状の側壁２５ｂ部分に試料台２１を載せて配置すること
により、試料台２１を保持する。この場合も、試料台２
１はサポート部２５上に単に置かれているだけであるか
ら、試料台２１はサポート部２５上で移動可能である。The support portion 25 shown in FIG. 1 (c) has a columnar shape or a thick disk shape, and has a flat bottom portion.
The upper surface 25a side is hollowed out in a cylindrical shape, and the remaining side wall 25b forms a ring-shaped support portion. The sample table 21 is held by placing the sample table 21 on the ring-shaped side wall 25b. Also in this case, the sample table 2
Since 1 is simply placed on the support part 25, the sample table 21 can be moved on the support part 25.
【００４４】なお、いずれのサポート部２４，２５も、
この実施例では円筒圧電素子本体２２の上端に固定され
ている。Both support parts 24 and 25 are
In this embodiment, it is fixed to the upper end of the cylindrical piezoelectric element body 22.
【００４５】このような構成による微動位置調整装置２
０は、円筒圧電素子本体２２の内周側にある共通電極と
外周側にある外周側電極２２ａとの間に、電圧を印加す
ることにより、円筒圧電素子本体２２にはこの印加電圧
に応じた変形が生じることを利用して、円筒圧電素子本
体２２の上端側を、対向する外周側電極２２ａの対向方
向に変位させることができる。Fine movement position adjusting device 2 having such a configuration
0 means that a voltage is applied between the common electrode on the inner peripheral side of the cylindrical piezoelectric element body 22 and the outer peripheral side electrode 22a on the outer peripheral side, and the cylindrical piezoelectric element body 22 responds to this applied voltage. By utilizing the deformation, the upper end side of the cylindrical piezoelectric element body 22 can be displaced in the facing direction of the facing outer peripheral side electrodes 22a.
【００４６】そして、本実施例における図１（ｂ）の構
成の場合、円筒型圧電素子本体２２の上端に設けられた
サポート部２４の上面２４ａは、前記の試料台２１の下
部面２１ｂが持つ曲率に合った凹面となっており、試料
台２１はその下部凸面（下部面２１ａ）をこの凹面２４
ａ上に載せるだけの構成としてあることで、この凹面２
４ａ上で任意に傾斜可能である。In the structure of FIG. 1B in this embodiment, the upper surface 24a of the support portion 24 provided at the upper end of the cylindrical piezoelectric element body 22 is held by the lower surface 21b of the sample table 21. The sample table 21 has a concave surface conforming to the curvature, and the lower convex surface (lower surface 21a) of the sample table 21 is the concave surface 24
The concave surface 2 is formed by simply mounting it on a.
It can be tilted arbitrarily on 4a.
【００４７】今、一周期分の単一波形電圧信号または間
欠的に連続する複数周期分の単一波形電圧信号を発生し
て駆動信号として円筒型圧電素子本体２２の電極に印加
する駆動信号出力装置を設けて、この駆動信号出力装置
より、所望の電極に駆動信号を与え、円筒型圧電素子本
体２２を勢い良く撓ませる。Now, a drive signal output for generating a single-waveform voltage signal for one period or a single-waveform voltage signal for a plurality of periods that is intermittently continuous and applying it as a drive signal to the electrode of the cylindrical piezoelectric element body 22. A device is provided, and a drive signal is applied to a desired electrode from the drive signal output device to forcefully bend the cylindrical piezoelectric element body 22.
【００４８】すると、試料台２１の下面２１ａはサポー
ト部２４の上面２４ａ上で滑動する。よって、円筒型圧
電素子本体２２が元の姿勢に復帰したときには試料台２
１の上面２１ｂは元の状態に比べ、傾斜した状態で静止
することになる。Then, the lower surface 21a of the sample table 21 slides on the upper surface 24a of the support portion 24. Therefore, when the cylindrical piezoelectric element body 22 returns to the original posture, the sample table 2
The upper surface 21b of No. 1 stands still in an inclined state as compared with the original state.
【００４９】図１（ｃ）の構成の場合も同様であり、試
料台２１の下部凸面（下部面２１ａ）は、リング状の壁
部２５ｂ上端のみと接し、前記サポート部２４の場合と
同様に試料台２１は円筒型圧電素子本体２２の駆動によ
り、所定角度傾斜させることができる。The same applies to the case of the configuration of FIG. 1C, in which the lower convex surface (lower surface 21a) of the sample table 21 contacts only the upper end of the ring-shaped wall portion 25b, and similar to the case of the support portion 24. The sample table 21 can be tilted at a predetermined angle by driving the cylindrical piezoelectric element body 22.
【００５０】探針の走査平面に対して、試料１２の上面
が全体に亙り、傾斜しているときは、このような操作を
行うことにより、試料台２１の上面の姿勢を調整して試
料１２の上面が全体に亙り、探針の走査平面と一致する
ようにする。When the upper surface of the sample 12 is entirely inclined with respect to the scanning plane of the probe, the posture of the upper surface of the sample table 21 is adjusted by performing such an operation. The entire upper surface of the probe should be aligned with the scanning plane of the probe.
【００５１】この傾斜調整をもう少し詳しく説明する。The tilt adjustment will be described in more detail.
【００５２】円筒型圧電素子本体２２の外周側電極２２
ａにおける対向する各二つに、逆位相となるように一周
期分の単一波形電圧信号、または間欠的に連続する複数
周期分の単一波形電圧信号を上記駆動信号として駆動信
号出力装置（図示せず）から加えることにより、円筒型
圧電素子本体２２は、自己が固定されている基盤２３の
面を基準にして二次元平面内で変位を生じる。Electrode 22 on outer peripheral side of cylindrical piezoelectric element body 22
A single-waveform voltage signal for one cycle so as to have opposite phases to each two facing each other in a, or a single-waveform voltage signal for a plurality of cycles that is intermittently continuous as the drive signal as a drive signal output device ( (Not shown), the cylindrical piezoelectric element body 22 is displaced in a two-dimensional plane with reference to the surface of the substrate 23 to which it is fixed.
【００５３】そして、これが式（１）で与えられる加速
度を伴う衝撃的な変位となるようにし、かつ、式（２）
のような条件下、すなわち、試料台２１に働く慣性力の
最大値（ｍａω2 ）がサポート部２４，２５と試料台２
１間の静止摩擦力（Ｆｆ）よりも大きくなるような条件
下であれば、サポート部２４，２５に載せられた試料台
２１の下部凸面２１ａが、その曲率中心で円筒型圧電素
子本体２２の変位方向に微小回転することになる（ゴニ
オステージ動作）。これにより、試料の傾きを調整する
ことができる。Then, this should be an impulsive displacement with acceleration given by the equation (1), and the equation (2)
Under such conditions, that is, the maximum value (maω 2 ) of the inertial force acting on the sample table 21 is equal to the support parts 24 and 25 and the sample table 2
Under the condition that the static frictional force (Ff) between the two is larger than the static frictional force (Ff), the lower convex surface 21a of the sample table 21 mounted on the support portions 24 and 25 has the center of curvature of the cylindrical piezoelectric element body 22. It will be slightly rotated in the displacement direction (gonio stage operation). Thereby, the inclination of the sample can be adjusted.
【００５４】 ｘ＝−ａｃｏｓ（ωｔ）＋ａ …（１） ｍａω2 ＞ Ｆｆ …（２） ただし、Ｆｆはｍｇμo に比例，また、ｘは試料台の回
転量、ｍは試料台２１の質量、ａはステージ駆動時の振
幅、μo はサポート部２４，２５と試料台２１間の静止
摩擦係数、ｇは重力加速度、ωは円筒型圧電素子本体２
２を駆動する角周波数である。X = −acos (ωt) + a (1) maω 2 > Ff (2) where Ff is proportional to mgμ o , x is the rotation amount of the sample table, m is the mass of the sample table 21, a is the amplitude when the stage is driven, μ o is the coefficient of static friction between the supports 24 and 25 and the sample table 21, g is the gravitational acceleration, and ω is the cylindrical piezoelectric element body 2.
2 is the angular frequency that drives 2.
【００５５】このような操作で試料台２１の傾き調整を
行った後、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）による通常
の観察を行うことになる。After adjusting the inclination of the sample table 21 by such an operation, normal observation by a scanning probe microscope (SPM) is performed.
【００５６】通常の観察を行うには、第１実施例の場
合、円筒型圧電素子本体２２の外周側電極２２ａにおけ
る対向する各二つに、それぞれ電圧を印加し、円筒型圧
電素子本体２２の上部の位置をＸ軸，Ｙ軸方向に所望
量、変位させて探針に対する試料台１０の位置を変えて
ゆくことで走査させ、移動ステージとして機能させる。
このときの印加電圧は試料台２１の傾斜調整時とは異な
り、緩やかな変位を与えるようなものとする。In order to perform normal observation, in the case of the first embodiment, a voltage is applied to each of the two opposing electrodes 22a on the outer peripheral side electrode 22a of the cylindrical piezoelectric element body 22 to apply a voltage to the cylindrical piezoelectric element body 22. The upper position is displaced in the X-axis and Y-axis directions by a desired amount to change the position of the sample table 10 with respect to the probe, thereby causing scanning and functioning as a moving stage.
The applied voltage at this time is set so as to give a gentle displacement unlike when the tilt of the sample table 21 is adjusted.
【００５７】上記作用により、試料台２１上の試料１２
の上面が、試料１２の肉厚の不均一などにより、全体的
に傾斜していても、試料台２１の傾斜度を調整すること
で解消できる。従って、試料１２の上面は探針の走査平
面に沿ったものとなるので、精度の良い観察が可能であ
る。また、従来のゴニオステージのようなメカニカルな
回転駆動操作系が無いので、小型軽量化ができ、円筒型
圧電素子との組み合わせに最適な微動位置調整装置とな
る。By the above operation, the sample 12 on the sample table 21 is
Even if the upper surface of the sample 12 is entirely inclined due to uneven thickness of the sample 12, it can be solved by adjusting the inclination of the sample table 21. Therefore, the upper surface of the sample 12 is along the scanning plane of the probe, so that accurate observation is possible. Further, since there is no mechanical rotary drive operation system like the conventional goniometer, it is possible to reduce the size and weight, and the fine movement position adjusting device is optimal for combination with the cylindrical piezoelectric element.
【００５８】［走査型プローブ顕微鏡としての構成］こ
こで、上述の微動位置調整装置（移動ステージ）２０を
採用した走査型プローブ顕微鏡について触れておく。[Structure as Scanning Probe Microscope] Here, the scanning probe microscope employing the fine movement position adjusting device (moving stage) 20 will be described.
【００５９】図２は上述の微動位置調整装置２０を採用
した走査型プローブ顕微鏡のブロック図であり、１はホ
ストコンピュータ、２はマイクロコンピュ−タ（以下、
マイコンと称する）、３はＡ／Ｄ変換部、４はＺ制御部
である。また、５はＸＹ走査部、７はカンチレバーＺ変
位検出部、８はカンチレバーθ変位検出部、９はカンチ
レバー、９ａは探針、２０は微動位置調整装置（移動ス
テージ）であって、ＸＹＺ軸方向に位置調整できる。２
１は試料台、１２は試料である。FIG. 2 is a block diagram of a scanning probe microscope which employs the above-described fine movement position adjusting device 20, in which 1 is a host computer and 2 is a microcomputer (hereinafter, referred to as a computer).
Referred to as a microcomputer), 3 is an A / D converter, and 4 is a Z controller. Further, 5 is an XY scanning unit, 7 is a cantilever Z displacement detecting unit, 8 is a cantilever θ displacement detecting unit, 9 is a cantilever, 9a is a probe, 20 is a fine movement position adjusting device (moving stage), and is in the XYZ axis directions. You can adjust the position. Two
Reference numeral 1 is a sample table, and 12 is a sample.
【００６０】試料台２１は試料１２を載置して保持する
ためのものであり、試料台２１は微動位置調整装置２０
上に設けられている。微動位置調整装置２０は上述した
ように圧電体を円筒型に形成して構成しており、制御信
号（Ｚ制御信号Ｓ３、Ｘ制御信号Ｓ４、Ｙ制御信号Ｓ
５）に応じて試料台２１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動
できる。これにより、試料１２はカンチレバー９の探針
９ａに対してＸ軸、Ｙ軸方向に走査され、また、Ｚ軸方
向に位置制御される。The sample table 21 is for mounting and holding the sample 12, and the sample table 21 is a fine movement position adjusting device 20.
It is provided above. The fine movement position adjusting device 20 is configured by forming the piezoelectric body in a cylindrical shape as described above, and controls signals (Z control signal S3, X control signal S4, Y control signal S
According to 5), the sample table 21 can be moved in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. As a result, the sample 12 is scanned in the X-axis and Y-axis directions with respect to the probe 9a of the cantilever 9, and the position of the sample 12 is controlled in the Z-axis direction.
【００６１】カンチレバー９は、その基端側が定位置に
固定されている。そして、カンチレバー９は、その自由
端先端側のＺ軸方向の変位をカンチレバーＺ変位検出部
７により、また、自由端先端側の捩じれをカンチレバー
θ変位検出部８にて検出される構成となっている。The cantilever 9 has its base end side fixed to a fixed position. The cantilever 9 has a configuration in which the displacement in the Z-axis direction on the free end tip side is detected by the cantilever Z displacement detection section 7, and the twist on the free end tip side is detected by the cantilever θ displacement detection section 8. There is.
【００６２】カンチレバーＺ変位検出部７はＺ軸方向変
位を検出してその検出量に対応した出力であるＺ変位信
号Ｓ１を発生するものであり、また、カンチレバーθ変
位検出部８は捩じれ量を検出してその検出した捩じれ量
対応の出力であるθ変位信号Ｓ２を発生するものであ
る。The cantilever Z displacement detecting section 7 detects the Z-axis direction displacement and generates a Z displacement signal S1 which is an output corresponding to the detected amount, and the cantilever θ displacement detecting section 8 indicates the twist amount. It detects and outputs the θ displacement signal S2 which is an output corresponding to the detected twist amount.
【００６３】マイコン２は本システムの制御の中枢を担
うものであり、試料台２１をＸＹ走査するために、上述
の式（１）および式（２）の条件に合う制御信号をＸＹ
走査部５に与え、また、試料台２１をＺ軸方向に制御す
るためにその制御量を演算してＺ制御部４に与えたり、
また、制御量に対応したデータを試料表面の凹凸データ
の情報に変換してホストコンピュータ１に与える機能を
有する。The microcomputer 2 plays a central role in control of the present system. In order to scan the sample table 21 in XY, a control signal satisfying the conditions of the above equations (1) and (2) is XY.
The scanning amount is given to the scanning unit 5, and the control amount is calculated and given to the Z control unit 4 to control the sample table 21 in the Z-axis direction.
Further, it has a function of converting data corresponding to the control amount into information of unevenness data of the sample surface and giving it to the host computer 1.
【００６４】ＸＹ走査部５はマイコン２からの指令によ
りＸ制御信号Ｓ４、Ｙ制御信号Ｓ５を発生させて微動位
置調整装置２０へ与えるものであり、微動位置調整装置
２０はこのＸ制御信号Ｓ４、Ｙ制御信号Ｓ５に応じて、
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に変位するように構成されていて、
微動位置調整装置２０のかかる変位により、試料１２を
２次元走査させることができるようになっている。The XY scanning section 5 generates an X control signal S4 and a Y control signal S5 according to a command from the microcomputer 2 and gives them to the fine movement position adjusting device 20, and the fine movement position adjusting device 20 receives the X control signal S4, According to the Y control signal S5,
It is configured to be displaced in the X-axis direction and the Y-axis direction,
By such displacement of the fine movement position adjusting device 20, the sample 12 can be two-dimensionally scanned.
【００６５】Ｚ制御部４はカンチレバーＺ変位検出部７
からのＺ変位信号Ｓ１やカンチレバーθ変位検出部８か
らのθ変位信号Ｓ２を、それぞれの基準値に保つように
動作する制御回路からなり、微動位置調整装置２０をＺ
軸方向に伸縮させるＺ制御信号Ｓ３を出力する。The Z control unit 4 is a cantilever Z displacement detection unit 7.
From the Z displacement signal S1 from the cantilever θ displacement detection unit 8 and a θ displacement signal S2 from the cantilever θ displacement detection unit 8 to maintain their respective reference values.
A Z control signal S3 for expanding and contracting in the axial direction is output.
【００６６】Ａ／Ｄ変換部３はこのＺ制御部４からのＺ
制御信号Ｓ３をＡ／Ｄ変換してディジタルデータ化し、
マイコン２に与えるものである。マイコン２にはこのＺ
制御信号Ｓ３のディジタルデータを取り込んで、ホスト
コンピュータ１へ試料表面の凹凸情報を示す凹凸データ
として転送する機能を有する。また、ホストコンピュー
タ１はこの凹凸データとＸＹ走査の指令情報とをもと
に、試料１２の表面凹凸を画像形成してディスプレイ装
置やプリンタ等の出力装置に出力表示するものである。The A / D converter 3 receives the Z from the Z controller 4.
The control signal S3 is A / D converted into digital data,
It is given to the microcomputer 2. This Z for the microcomputer 2
It has a function of taking in digital data of the control signal S3 and transferring it to the host computer 1 as unevenness data indicating unevenness information of the sample surface. Further, the host computer 1 forms an image of the surface unevenness of the sample 12 based on the unevenness data and the XY scanning command information, and outputs and displays it on an output device such as a display device or a printer.
【００６７】つぎに上記構成の装置の作用を説明する。
試料１２を試料台２１上にセットしてスタートさせる
と、マイコン２はＸＹ走査部５を介してＸ制御信号Ｓ
４、Ｙ制御信号Ｓ５を微動位置調整装置２０へ出力し、
試料１２を図１３に示したように２次元走査させる。こ
れによって、カンチレバー９の探針９ａは、試料１２の
表面を所定の距離が保持されるように、以下のようなＺ
軸制御のもとでＸＹ走査されることになる。Next, the operation of the apparatus having the above configuration will be described.
When the sample 12 is set on the sample table 21 and started, the microcomputer 2 causes the X control signal S through the XY scanning unit 5.
4, output the Y control signal S5 to the fine movement position adjusting device 20,
The sample 12 is two-dimensionally scanned as shown in FIG. As a result, the probe 9a of the cantilever 9 moves in the following Z direction so that the surface of the sample 12 is held at a predetermined distance.
XY scanning will be performed under the axis control.
【００６８】すなわち、試料１２の表面に探針９ａを近
付けて走査することにより、試料１２の表面の凹凸に従
って探針先端が原子間力あるいは磁気力の影響により吸
引あるいは反発されてカンチレバー９が変位する。That is, when the probe 9a is brought close to the surface of the sample 12 for scanning, the tip of the probe is attracted or repelled by the effect of atomic force or magnetic force according to the unevenness of the surface of the sample 12, and the cantilever 9 is displaced. To do.
【００６９】カンチレバーＺ変位検出部７はカンチレバ
ー９先端のＺ軸方向の変位を検出し、Ｚ変位信号Ｓ１を
出力する。カンチレバーθ変位検出部８はカンチレバー
９先端の捩じれ変位を検出し、θ変位信号Ｓ２を出力す
る。これらＺ変位信号Ｓ１やθ変位信号Ｓ２はＺ制御部
４に入力され、Ｚ制御部４はこれらのＺ変位信号Ｓ１や
θ変位信号Ｓ２に応じて、これらをそれぞれの基準値に
保つようなＺ軸の変位量を求め、これをＺ制御信号Ｓ３
として出力する。The cantilever Z displacement detector 7 detects the displacement of the tip of the cantilever 9 in the Z-axis direction and outputs a Z displacement signal S1. The cantilever θ displacement detection unit 8 detects the torsional displacement of the tip of the cantilever 9 and outputs a θ displacement signal S2. The Z displacement signal S1 and the θ displacement signal S2 are input to the Z control unit 4, and the Z control unit 4 responds to the Z displacement signal S1 and the θ displacement signal S2 to maintain them at their respective reference values. The displacement amount of the shaft is obtained, and this is used as the Z control signal S3.
Output as.
【００７０】このようにして、Ｚ制御部４はＺ変位信号
Ｓ１やθ変位信号Ｓ２に応じて、これらをそれぞれの基
準値に保つようなＺ軸の変位量を得て、Ｚ制御信号Ｓ３
として出力し、微動位置調整装置２０に与えるので、微
動位置調整装置２０は探針９ａの試料表面に対する距離
と、カンチレバー９のθ変位に従って、Ｚ軸方向伸縮制
御がなされ、カンチレバー９が捩じれないように試料１
２と探針９ａの先端との間の距離が制御される。In this way, the Z control unit 4 obtains the Z-axis displacement amount that keeps the Z displacement signal S1 and the θ displacement signal S2 at their respective reference values in accordance with the Z displacement signal S1 and the Z control signal S3.
Is output to the fine movement position adjusting device 20, and the fine movement position adjusting device 20 performs expansion / contraction control in the Z-axis direction according to the distance of the probe 9a with respect to the sample surface and the θ displacement of the cantilever 9 so that the cantilever 9 is not twisted. To sample 1
The distance between 2 and the tip of the probe 9a is controlled.
【００７１】また、Ｚ制御信号Ｓ３はＡ／Ｄ変換部３で
Ａ／Ｄ変換され、マイコン２に取り込まれる。マイコン
２ではこの取り込んだＺ制御信号Ｓ３のデータを、ホス
トコンピュータ１へ凹凸デ−タとして転送し、また、Ｘ
Ｙ走査の位置情報を合わせて位置データとしてホストコ
ンピュータ１に送る。ホストコンピュータ１はこれらの
情報をもとに、試料１２の表面凹凸を画像形成して表示
する。Further, the Z control signal S3 is A / D converted by the A / D converter 3 and taken into the microcomputer 2. The microcomputer 2 transfers the fetched data of the Z control signal S3 to the host computer 1 as uneven data, and X
The Y scanning position information is also combined and sent to the host computer 1 as position data. The host computer 1 forms an image of the surface irregularities of the sample 12 based on the information, and displays the image.
【００７２】上述したように、円筒型圧電素子本体２２
の上部に載置された試料台２１は、上述の式（１）およ
び式（２）の条件に従った円筒型圧電素子本体２２の駆
動制御により、姿勢を自由に調整でき、姿勢調整後に円
筒型圧電素子本体２２の緩やかな変位制御によって移動
ステージとしての通常の走査を行うことができる。As described above, the cylindrical piezoelectric element body 22
The sample table 21 placed on the upper part of the cylinder can freely adjust its posture by the drive control of the cylindrical piezoelectric element body 22 in accordance with the conditions of the above-mentioned formulas (1) and (2), and after the posture adjustment, the cylinder can be adjusted. Normal scanning as a moving stage can be performed by gently controlling displacement of the piezoelectric element body 22.
【００７３】従って、試料台２１の姿勢を、試料台２１
上に保持した試料１２の表面の全体的な傾斜が解消され
るように調整して、探針の走査平面に合わせておくこと
ができるようになり、その姿勢で走査を行わせることが
可能であるから、試料１２の上面は探針９ａの走査平面
に沿ったものとして走査することができ、試料の正確な
像を観察することができるようになる。Therefore, the posture of the sample table 21 is changed to the sample table 21.
It becomes possible to adjust the surface of the sample 12 held above so as to eliminate the overall inclination, and to align it with the scanning plane of the probe, and to perform scanning in that posture. Therefore, the upper surface of the sample 12 can be scanned as being along the scanning plane of the probe 9a, and an accurate image of the sample can be observed.
【００７４】（第２実施例）第２実施例は、試料台２１
を移動サポート部上に載置し、移動サポート部は円筒型
圧電素子本体２２上で移動自由に載置した構成とし、移
動サポート部を円筒型圧電素子本体２２の衝撃的な変位
により、当該円筒型圧電素子本体２２上で移動させるこ
とで、移動ステージとして機能を持たせるようにした。
具体的に説明する。(Second Embodiment) The second embodiment is a sample table 21.
Is placed on the moving support portion, and the moving support portion is placed on the cylindrical piezoelectric element body 22 so as to move freely. By moving it on the piezoelectric body 22 of the die type, it has a function as a moving stage.
This will be specifically described.
【００７５】図３（ａ）に示す実施例は、第１実施例で
示した凹面の上面を持つサポート部２４およびリング状
の上面を持つサポート部２５（いずれも質量：ｍ2 ）を
移動可能にするために円筒型圧電素子本体２２上に固定
ではなく、置くだけにしたものであり、サポート部２４
および２５の下には、電磁石を用いた固定サポート部２
６を設けた構成とした。In the embodiment shown in FIG. 3 (a), the support portion 24 having the concave upper surface and the support portion 25 having the ring-shaped upper surface (each of which has a mass of m 2 ) shown in the first embodiment can be moved. In order to achieve the above, the support is not placed on the cylindrical piezoelectric element body 22, but is merely placed.
Below 25 and 25 are fixed support parts 2 using electromagnets.
6 is provided.
【００７６】固定サポート部２６は円筒型圧電素子本体
２２上に固定されており、サポート部２４および２５は
全体が磁性体もしくは下部面に磁性体部を設けて固定サ
ポート部２６の電磁石により磁力固定可能な構成とし
た。The fixed support portion 26 is fixed on the cylindrical piezoelectric element main body 22, and the support portions 24 and 25 are entirely made of a magnetic material or a magnetic material portion is provided on the lower surface and magnetic force is fixed by an electromagnet of the fixed support portion 26. It was made possible.
【００７７】固定サポート部２６は図３（ｂ）に示すよ
うに、サポート部２４および２５と同程度の大きさの部
材であり、有底筒状で中心部に鉄心２６ａを形成した本
体２６Ａと、鉄心２６ａに巻装されるコイル２６ｂとか
らなる。As shown in FIG. 3 (b), the fixed support portion 26 is a member having the same size as the support portions 24 and 25, and has a bottomed cylindrical shape and a main body 26A having an iron core 26a formed in the center thereof. , A coil 26b wound around an iron core 26a.
【００７８】固定サポート部２６は、円筒型圧電素子本
体２２の上部に固定されており、固定サポート部２６の
上部に、上述のサポート部２４または２５が置かれる形
で配置される。第２実施例においては、サポート部２４
または２５は固定サポート部２６上に単に置かれている
だけであるので、固定サポート部２６のコイル２６ｂに
通電して固定サポート部２６を電磁石として作用させて
いないときは、固定サポート部２６上を自由に移動させ
ることができる。The fixed support portion 26 is fixed to the upper portion of the cylindrical piezoelectric element body 22, and the above-mentioned support portion 24 or 25 is placed on the upper portion of the fixed support portion 26. In the second embodiment, the support section 24
Or, since 25 is simply placed on the fixed support portion 26, when the coil 26b of the fixed support portion 26 is not energized to cause the fixed support portion 26 to act as an electromagnet, the fixed support portion 26 is placed above the fixed support portion 26. It can be moved freely.
【００７９】第１実施例と同様の形状の試料台２１（質
量：ｍ1 ）は、サポート部２４または２５の上に置かれ
ている。円筒型圧電素子本体２２の上端に固定された固
定サポート部２６は、図３（ｂ）のように鉄心２６ａと
コイル２６ｂからなる電磁石による磁気クランプが組み
込まれた構造である。A sample table 21 (mass: m 1 ) having the same shape as that of the first embodiment is placed on the support part 24 or 25. The fixed support portion 26 fixed to the upper end of the cylindrical piezoelectric element body 22 has a structure in which a magnetic clamp including an electromagnet including an iron core 26a and a coil 26b is incorporated as shown in FIG. 3B.
【００８０】そして、この電磁石は外部の電源から残留
磁化が残るような矩形電圧を加えることで電磁石の磁化
ができ、その磁化のヒステリシスを小さくしていくよう
な減衰交流電圧を加えることで消磁が行える（磁気クラ
ンプのオン、オフ）。また、試料台２１と可動型のサポ
ート部２４（または２５）との間の静止摩擦力（Ｆ
ｆ1 ）を、サポート部２４（または２５）と固定サポー
ト部２６間の静止摩擦力（Ｆｆ2 ）よりも、大きくして
おく。The electromagnet can be magnetized by applying a rectangular voltage from an external power source so that residual magnetization remains, and demagnetized by applying a damping AC voltage that reduces the hysteresis of the magnetization. Can be done (magnetic clamp on / off). In addition, the static friction force (F) between the sample table 21 and the movable support portion 24 (or 25).
f 1 ) is set to be larger than the static frictional force (Ff 2 ) between the support portion 24 (or 25) and the fixed support portion 26.
【００８１】固定サポート部２６上の可動型のサポート
部２４（または２５）は磁気クランプにより、当該固定
サポート部２６に磁気固定されるので、試料台２１は磁
気固定された可動型のサポート部２４（または２５）に
生じた磁力による影響の無いような素材を用いて製作し
ておく。The movable support 24 (or 25) on the fixed support 26 is magnetically fixed to the fixed support 26 by a magnetic clamp, so that the sample table 21 is magnetically fixed and movable. (Or 25) is manufactured using a material that is not affected by the magnetic force generated in ().
【００８２】以上の構成から、固定サポート部２６の磁
気クランプがオフの状態で、式（３）の条件を満たす周
波数ω2 の電圧により、円筒型圧電素子本体２２を駆動
すると、固定サポート部２６の上部のサポート部２４ま
たは２５は固定サポート部２６上に置かれているだけで
あるので固定サポート部２６上を滑り、試料台２１とサ
ポート部２４（または２５）が円筒型圧電素子本体２２
の変位方向に一緒に移動して、例えば、初期の位置であ
る図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態に変わる。With the above configuration, when the cylindrical piezoelectric element body 22 is driven by the voltage of the frequency ω 2 which satisfies the condition of the expression (3) with the magnetic clamp of the fixed support portion 26 being off, the fixed support portion 26 is Since the upper support part 24 or 25 is only placed on the fixed support part 26, the sample support 21 and the support part 24 (or 25) slide on the fixed support part 26 and the cylindrical piezoelectric element main body 22.
4 (a), which is the initial position, changes to the state shown in FIG. 4 (b).
【００８３】そして、この駆動周波数では、試料台２１
と可動型のサポート部２４（または２５）の相対変位は
生じない。このような動作により、可動型のサポート部
２４（または２５）は固定サポート部２６上を移動して
位置を変えることができ、従って、試料台２１は姿勢を
変えることなく、可動型のサポート部２４（または２
５）と一体的に位置が変わることになる。At this drive frequency, the sample table 21
The relative displacement of the movable support part 24 (or 25) does not occur. By such an operation, the movable support part 24 (or 25) can move on the fixed support part 26 to change its position, and therefore the sample table 21 can be moved without changing its posture. 24 (or 2
The position will change integrally with 5).
【００８４】これにより、探針９ａに対する試料台２１
上のの試料の位置を調整することができる（以上、探針
に対する試料の位置調整）。As a result, the sample table 21 for the probe 9a is
The position of the sample above can be adjusted (above, position adjustment of the sample with respect to the probe).
【００８５】つぎに固定サポート部２６の磁気クランプ
をオンにし、円筒型圧電素子本体２２上端の固定サポー
ト部２６に、可動型のサポート部２４（または２５）を
磁気的に固定した上で、以下に示す式（３）の条件を満
たす周波数ω1 で円筒型圧電素子本体２２を駆動する。Next, the magnetic clamp of the fixed support portion 26 is turned on, the movable support portion 24 (or 25) is magnetically fixed to the fixed support portion 26 at the upper end of the cylindrical piezoelectric element body 22, and then The cylindrical piezoelectric element body 22 is driven at the frequency ω 1 that satisfies the condition of the equation (3) shown in FIG.
【００８６】すると、可動型のサポート部２４（または
２５）は磁気クランプにより、固定サポート部２６上に
固定されているので変位せず（図４（ｃ））、サポート
部２４（または２５）の上面に載せられた試料台２１の
みが微小回転する。従って、このような試料台２１の微
小回転操作を必要なだけ繰り返し行うことで、姿勢を所
望の状態に変えることができる（以上、試料の姿勢調
整；ゴニオステージ駆動）。Then, since the movable support part 24 (or 25) is fixed on the fixed support part 26 by the magnetic clamp, it is not displaced (FIG. 4C), and the support part 24 (or 25) is not displaced. Only the sample table 21 placed on the upper surface is minutely rotated. Therefore, the posture can be changed to a desired state by repeating such a minute rotation operation of the sample table 21 as necessary (the above is the sample posture adjustment; goniometer stage drive).
【００８７】このようにして姿勢を変え、試料台２１の
上面の試料１２の上面全体が探針による走査平面に平行
になったならば、磁気クランプを解いた後、移動ステー
ジとしての動作に入り、試料の観察を行う（走査による
観察）。If the posture is changed in this way and the entire upper surface of the sample 12 on the upper surface of the sample table 21 becomes parallel to the scanning plane of the probe, the magnetic clamp is released, and the operation as the moving stage is started. , Observe the sample (observation by scanning).
【００８８】この試料の走査は上記式（３）式従った条
件で円筒型圧電素子本体２２を変位駆動させ、磁気クラ
ンプが解かれたサポート部２４（または２５）を円筒型
圧電素子本体２２の変位による反動により、固定サポー
ト部２６上を微少量滑らせることで、姿勢を変えずに試
料台２１をサポート部２４（または２５）と一体的にＸ
軸，Ｙ軸方向に移動させることができることにより、実
現させる（図４（ｄ））。In scanning of this sample, the cylindrical piezoelectric element body 22 is displaced and driven under the condition according to the above equation (3), and the support portion 24 (or 25) where the magnetic clamp is released is moved to the cylindrical piezoelectric element body 22. A small amount of sliding on the fixed support part 26 due to the reaction caused by the displacement allows the sample table 21 to be integrated with the support part 24 (or 25) without changing the posture.
It is realized by being able to move in the directions of the axis and the Y axis (FIG. 4 (d)).
【００８９】なお、磁気クランプを解くときには、コイ
ル２６ｂに交流を流して鉄心２６ａの磁力を消去すれば
良い。To release the magnetic clamp, an alternating current may be applied to the coil 26b to erase the magnetic force of the iron core 26a.
【００９０】 ｍ1 ａω1 2 ＞Ｆｆ1 ＞（ｍ1 ＋ｍ2 ）ａω2 2 ＞Ｆｆ2 ＞（ｍ1 ＋ｍ2 ） ａs ωs 2 …（３） 但し、Ｆｆ2 ＝（ｍ1 ＋ｍ2 ）ｇμ2 また、Ｆｆ1 はｍ
1 ｇμ1 に比例 ここで、ｍ1 は試料台２１の質量、ｍ2 は可動型のサポ
ート部２４（または２５）の質量、ａはステージ駆動時
の振幅（円筒圧電素子本体２２の振幅）、ａs は走査時
の最大振幅、μ1 は試料台２１と可動型のサポート部２
４（または２５）間の静止摩擦係数、μ2 は可動型のサ
ポート部２４（または２５）と固定サポート部２６間の
静止摩擦係数、ｇは重力加速度、ω1 およびω2 はステ
ージ駆動時の角周波数（円筒圧電素子本体２２の角周波
数）、ωs は走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で観察等
を行う際の探針９ａの走査周波数である。[0090] m 1 aω 1 2> Ff 1 > (m 1 + m 2) aω 2 2> Ff 2> (m 1 + m 2) a s ω s 2 ... (3) However, Ff 2 = (m 1 + m 2 ) Gμ 2 and Ff 1 is m
Proportional to 1 gμ 1 , where m 1 is the mass of the sample table 21, m 2 is the mass of the movable support part 24 (or 25), a is the amplitude when the stage is driven (amplitude of the cylindrical piezoelectric element body 22), a s is the maximum amplitude during scanning, and μ 1 is the sample table 21 and the movable support unit 2.
4 (or 25) between the static friction coefficient, μ 2 is the static friction coefficient between the movable support portion 24 (or 25) and the fixed support portion 26, g is the gravitational acceleration, and ω 1 and ω 2 are the stage driving The angular frequency (angular frequency of the cylindrical piezoelectric element body 22), ω s, is the scanning frequency of the probe 9a when performing observation with a scanning probe microscope (SPM).
【００９１】この実施例では、円筒型圧電素子本体２２
の上部に電磁石を利用した磁気クランプ機構を有する固
定サポート部２６を設けると共に、この固定サポート部
２６の上部に、試料台２１を保持する磁性体のサポート
部２４（２５）を移動可能に配置し、また、このサポー
ト部２４（２５）上に、下部が曲面状凸面に形成された
試料台２１を配し、この試料台２１のサポート部２４
（２５）に対する保持構造は、試料台２１の下部の曲面
状凸面に合わせた凹面もしくはリング状とし、円筒型圧
電素子本体２２に対し、試料台２１は自由に回動可能に
保持されるようにしたものであり、円筒型圧電素子本体
２２の変位に対しては固定サポート部２６による磁気ク
ランプを行わないとき、固定サポート部２６上のサポー
ト部２４（２５）を移動可能にして、サポート部２４
（２５）と共に試料台２１を移動させてＸ軸、Ｙ軸方向
への走査ができるようにし、磁気クランプにより固定サ
ポート部２６上のサポート部２４（２５）を固定すれ
ば、円筒型圧電素子本体２２の変位に対してサポート部
２４（２５）上の試料台２１を微小回転させることがで
きるようにして、姿勢調整を可能にしたものである。In this embodiment, the cylindrical piezoelectric element body 22
A fixed support part 26 having a magnetic clamp mechanism using an electromagnet is provided on the upper part of the table, and a magnetic support part 24 (25) for holding the sample table 21 is movably arranged on the fixed support part 26. Further, the sample table 21 whose lower portion is formed into a curved convex surface is arranged on the support table 24 (25), and the support table 24 of the sample table 21 is arranged.
The holding structure for (25) is a concave surface or a ring shape matching the curved convex surface of the lower portion of the sample table 21, so that the sample table 21 is freely rotatably held by the cylindrical piezoelectric element body 22. When the magnetic clamping by the fixed support portion 26 is not performed with respect to the displacement of the cylindrical piezoelectric element main body 22, the support portion 24 (25) on the fixed support portion 26 is made movable and the support portion 24
By moving the sample table 21 together with (25) to enable scanning in the X-axis and Y-axis directions and fixing the support section 24 (25) on the fixed support section 26 with a magnetic clamp, the cylindrical piezoelectric element body can be obtained. With respect to the displacement of 22, the sample table 21 on the support part 24 (25) can be minutely rotated so that the posture can be adjusted.
【００９２】そして、このように、試料台２１の位置と
姿勢を自動調整できるので、この実施例によれば、準備
と観察のための走査を自動化することができるようにな
る。Since the position and orientation of the sample table 21 can be automatically adjusted in this way, according to this embodiment, scanning for preparation and observation can be automated.
【００９３】従って、試料台２１上の試料１２の上面
が、試料１２の肉厚の不均一などにより、全体的に傾斜
していても、試料台２１の傾斜度を調整することで解消
でき、試料１２の上面は探針の走査平面に沿ったものと
なる。また、従来のゴニオステージのようなメカニカル
な回転駆動操作系が無いので、小型軽量化ができ、円筒
型圧電素子との組み合わせに最適な、しかも、位置およ
び姿勢の自動調整が可能な微動位置調整装置となる。Therefore, even if the upper surface of the sample 12 on the sample table 21 is entirely inclined due to uneven thickness of the sample 12, it can be solved by adjusting the inclination of the sample table 21, The upper surface of the sample 12 is along the scanning plane of the probe. In addition, since there is no mechanical rotary drive operation system like the conventional goniometer stage, it is possible to make it smaller and lighter, which is optimal for combination with a cylindrical piezoelectric element, and is also capable of fine adjustment of the position and orientation. It becomes a device.
【００９４】（第３実施例）つぎに第３実施例について
説明する。(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described.
【００９５】図５に示す第３実施例は、第１実施例およ
び第２実施例の微動位置調整装置２０に対して、試料台
２１の傾きを検出する傾き検出機構を設けたものであ
る。この実施例では、円筒型圧電素子本体２２が固定さ
れる基盤２３に半導体レーザ素子（ＬＤ）１１９、コリ
メータ１３０、プリズム１２０、集光レンズ１２１、四
分割フォトディテクタ１２２から構成される光学的な角
度検出系を傾き検出機構１２３として設けている。In the third embodiment shown in FIG. 5, a tilt detecting mechanism for detecting the tilt of the sample table 21 is provided in the fine movement position adjusting device 20 of the first and second embodiments. In this embodiment, an optical angle detection including a semiconductor laser device (LD) 119, a collimator 130, a prism 120, a condenser lens 121, and a four-division photodetector 122 on a substrate 23 to which the cylindrical piezoelectric element body 22 is fixed. The system is provided as the tilt detection mechanism 123.
【００９６】すなわち、円筒型圧電素子本体２２は基盤
２３上に直立して固定されるが、基盤２３には円筒型圧
電素子本体２２の中心軸線位置に孔２３ａが穿設されて
おり、プリズム１２０はこの孔２３ａの下方位置におい
て、円筒型圧電素子本体２２の中心軸線に交差するよう
に配され、ＬＤ １１９からのレーザ光を上記中心軸線
に沿って試料台２１側へ反射すると共に、試料台２１側
からの反射光を透過させて四分割フォトディテクタ１２
２に導く構成としてある。That is, the cylindrical piezoelectric element main body 22 is fixed upright on the base plate 23, and the base plate 23 has a hole 23a formed at the center axis position of the cylindrical piezoelectric element main body 22. Is arranged below the hole 23a so as to intersect with the central axis of the cylindrical piezoelectric element body 22, reflects the laser light from the LD 119 to the sample table 21 side along the central axis, and The four-division photo detector 12 that allows the reflected light from the 21 side to pass through
The configuration leads to 2.
【００９７】四分割フォトディテクタ１２２は光センサ
であり、受光面は中心点を原点に４方に４等分割してあ
って、その原点を円筒型圧電素子本体２２の中心軸線に
一致させて円筒型圧電素子本体２２の底部と対向配置さ
れる。プリズム１２０は四分割フォトディテクタ１２２
と円筒型圧電素子本体２２の底部との間に介装され、Ｌ
Ｄ １１９からのレーザ光の往路と、試料台２１からの
反射光路を確保する。The four-division photodetector 122 is an optical sensor, and the light receiving surface is divided into four equal parts in four directions with the center point as the origin, and the origin is aligned with the center axis of the cylindrical piezoelectric element body 22 to form a cylindrical shape. It is arranged so as to face the bottom of the piezoelectric element body 22. The prism 120 is a four-division photo detector 122.
And a bottom portion of the cylindrical piezoelectric element body 22.
The forward path of the laser light from D 119 and the reflected light path from the sample table 21 are secured.
【００９８】また、コリメータ１３０はＬＤ １１９か
らのレーザ光をコリメートしてスポット状のレーザビー
ムとしてプリズム１２０に導くためのものであり、集光
レンズ１２１はプリズム１２０を介して得られた試料台
２１からの反射光を四分割フォトディテクタ１２２に収
束させるて導くためのものである。The collimator 130 is for collimating the laser light from the LD 119 and guiding it to the prism 120 as a spot-shaped laser beam, and the condensing lens 121 is the sample stage 21 obtained via the prism 120. This is for converging and guiding the reflected light from the four-division photodetector 122.
【００９９】試料台２１の下部２１ａは，基本的に第１
実施例のものと同様に曲面状凸面であるが、底の一部が
試料台２１の上面と平行な参照面１２４になっていて、
ＬＤ１１９からの光がこの参照面１２４により反射され
る構成としてある。The lower part 21a of the sample table 21 is basically the first
It is a curved convex surface as in the example, but a part of the bottom is a reference surface 124 parallel to the upper surface of the sample table 21,
The light from the LD 119 is reflected by the reference surface 124.
【０１００】上述の第１実施例および第２実施例で示さ
れた円筒型圧電素子本体２２と固定サポート部２６およ
び可動型のサポート部２４（２５）の中心付近は、ＬＤ
１１９から試料台２１下部の参照面１２４に入射する
平行光の光路を防げないように、それぞれ、中空部分Ｈ
が設けられている。In the vicinity of the center of the cylindrical piezoelectric element body 22, the fixed support portion 26, and the movable support portion 24 (25) shown in the first and second embodiments, the LD
In order not to prevent the optical path of the parallel light incident on the reference surface 124 below the sample table 21 from 119, the hollow portion H
Is provided.
【０１０１】ＬＤ １１９から出たレーザ光は、コリメ
ータ１３０を透過して平行光となった後、プリズム１２
０で反射され、基盤２３の孔２３ａおよび円筒型圧電素
子本体２２の中空部やサポート部２６，２４（２５）等
の中空部分Ｈを通過して試料台２１下部の参照面１２４
に入射する。そして、その反射光は往路を戻り、先のプ
リズム１２０を通過し、集光レンズ１２１によりレンズ
の焦点位置に設けられた四分割フォトディテクタ１２２
に到達する。The laser light emitted from the LD 119 passes through the collimator 130 to become parallel light, and then the prism 12
0, and passes through the hole 23a of the substrate 23 and the hollow portion H of the cylindrical piezoelectric element body 22 and the support portions 26, 24 (25) and the like, and passes through the reference surface 124 below the sample table 21.
Incident on. Then, the reflected light returns on the outward path, passes through the prism 120, and the four-division photodetector 122 provided at the focal position of the lens by the condenser lens 121.
To reach.
【０１０２】この傾き検出機構１２３では、平行光が試
料台２１下部の参照面１２４に垂直入射する場合、その
反射光が四分割フォトディテクタ１２２の中心（原点位
置）に入射し、四等分割されたフォトディテクタ１２２
ａ〜１２２ｄに均等に入射し、四つのフォトディテクタ
１２２ａ〜１２２ｄの出力は等しくなるような構成をと
っている。In the tilt detecting mechanism 123, when the parallel light is vertically incident on the reference surface 124 below the sample table 21, the reflected light is incident on the center (origin position) of the quadrant photodetector 122 and is quadrantally divided. Photo detector 122
a to 122d are evenly incident, and the outputs of the four photodetectors 122a to 122d are equal to each other.
【０１０３】この機構ではプリズム１２０から試料台２
１下部の参照面１２４までの距離は任意にとれるので、
傾き検出機構１２３の基盤２３への固定は、装置構成上
の立体的な干渉を考慮して自由に行うことができる。In this mechanism, from the prism 120 to the sample table 2
Since the distance to the reference plane 124 at the bottom of 1 can be arbitrarily set,
The inclination detection mechanism 123 can be fixed to the base 23 freely in consideration of three-dimensional interference in the device configuration.
【０１０４】以上の構成から、円筒型圧電素子本体２２
をゴニオステージとして駆動する際の試料台２１の傾き
は、試料台２１下部の参照面１２４からの反射光が四分
割フォトディテクタ１２２の中心からずれることによ
り、各ディテクタ１２２ａ〜１２２ｄの出力差として検
出される。この出力を校正すれば、参照面１２４の角度
がモニタできる。From the above structure, the cylindrical piezoelectric element body 22
The tilt of the sample table 21 when driving as a gonio stage is detected as an output difference of each of the detectors 122a to 122d because the reflected light from the reference surface 124 below the sample table 21 deviates from the center of the four-division photodetector 122. It By calibrating this output, the angle of the reference surface 124 can be monitored.
【０１０５】上記の作用をもとに、走査型プローブ顕微
鏡による観察前の、試料台２１の自動傾き補正を行なう
手順を図６の状態遷移図を用いて説明する。Based on the above operation, the procedure for automatically correcting the inclination of the sample table 21 before observation with the scanning probe microscope will be described with reference to the state transition diagram of FIG.
【０１０６】（第１段階） 先ず試料１２の所望の観察
（走査）範囲ＲＭＡ内のＸ軸，Ｙ軸の中心線を探針９ａ
にて走査し（図６（ａ））、それぞれの軸方向の表面像
（凹凸像）ＩＭＸ，ＩＭＹを取り込む（図６（ｂ），
（ｃ））。(First Step) First, the center line of the X axis and the Y axis in the desired observation (scanning) range RMA of the sample 12 is set to the probe 9a.
(FIG. 6 (a)), and the surface images (concavo-convex images) IMX and IMY in the respective axial directions are captured (FIG. 6 (b),
(C)).
【０１０７】（第２段階） Ｘ軸，Ｙ軸方向の表面像Ｉ
ＭＸ，ＩＭＹから試料表面の傾き（Ｘ方向傾き：α，Ｙ
方向傾き：β）を算出する（図６（ｄ），（ｅ））。こ
の操作は、凹凸像の状態が比較的周期的な凹凸構造を示
す場合は、最小自乗法により一次の傾きを求めれば良い
が、通常はマニュアルで水平線（Ｘ軸）からの回転角度
を設定できるようにしておく。(Second Step) X-axis and Y-axis surface image I
Inclination of sample surface from MX, IMY (inclination in X direction: α, Y
Directional inclination: β) is calculated (FIGS. 6D and 6E). In this operation, when the unevenness image shows a relatively periodic unevenness structure, the first-order inclination may be obtained by the least square method, but normally the rotation angle from the horizontal line (X axis) can be set manually. Keep it.
【０１０８】（第３段階） 四分割フォトディテクタ１
２２の出力より試料台２１の傾きをモニタしながら、試
料台２１が最初の位置からＸ方向にΔα、続いてＹ方向
にΔβ回転するまでゴニオステージ駆動つまり、試料台
２１の傾斜（姿勢）調整動作をさせる（図６（ｆ），
（ｇ））。この動作が完了したら、走査型プローブ顕微
鏡の探針９ａによる試料１２の表面の走査を行う。(Third Stage) Four-division Photo Detector 1
While monitoring the inclination of the sample table 21 from the output of 22, the gonio stage is driven until the sample table 21 rotates Δα in the X direction and Δβ in the Y direction from the initial position, that is, the inclination (posture) of the sample table 21 is adjusted. To operate (Fig. 6 (f),
(G)). When this operation is completed, the surface of the sample 12 is scanned by the probe 9a of the scanning probe microscope.
【０１０９】上記のように、試料台２１の傾きに対する
検出系を設け、試料１２の表面の凹凸状態の傾向をＸ
軸、Ｙ軸方向にそれぞれについて調査し、その結果をも
とに、試料１２の表面の傾きを調べ、傾きが解消される
ように試料台２１のゴニオステージ駆動を行い、傾きが
解消される角度分、試料台２１の傾き調整が終わったな
らば、顕微鏡としての走査を実施して試料表面の観察を
することができるから、正しい像を得て精度のより観察
ができるようになる。特に、走査前に試料の傾きの最適
な補正を行なうことができるようになることは、走査型
プローブ顕微鏡の精度の向上に繋がる。As described above, the detection system for the inclination of the sample table 21 is provided, and the tendency of the unevenness of the surface of the sample 12 is X.
The inclination of the surface of the sample 12 is examined based on the results of the investigations in the axis and Y-axis directions, and the goniometer stage of the sample table 21 is driven so as to eliminate the inclination, and the angle at which the inclination is eliminated. After that, when the tilt adjustment of the sample table 21 is completed, the scanning as a microscope can be performed to observe the sample surface, so that a correct image can be obtained and the observation can be performed more accurately. In particular, being able to optimally correct the inclination of the sample before scanning leads to improvement in accuracy of the scanning probe microscope.
【０１１０】（第４実施例）つぎに第４実施例について
説明する。(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described.
【０１１１】図７に示す実施例は、第３実施例に示した
試料台２１の傾きの検出を、光てこ方式を用いて行うよ
うにしたものである。この実施例では、光源である半導
体レーザ素子（ＬＤ）１４０、このＬＤ １４０からの
レーザ光をコリメートして試料台２１の上面に当てるコ
リメータ１４１、試料台２１の上面からの反射光を検出
する二分割フォトディテクタ１４２から構成される光学
的な角度検出系１４３を用いる。In the embodiment shown in FIG. 7, the inclination of the sample table 21 shown in the third embodiment is detected by using an optical lever method. In this embodiment, a semiconductor laser device (LD) 140 which is a light source, a collimator 141 which collimates the laser light from the LD 140 and impinges it on the upper surface of the sample table 21, and detects reflected light from the upper surface of the sample table 21. An optical angle detection system 143 including a split photodetector 142 is used.
【０１１２】二分割フォトディテクタ１４２は２つに分
割されたフォトディテクタ部１４２ａ，１４２ｂを並列
に並べた構成としてあり、試料台２１の反射光は試料台
２１が傾くに従って、並列配置のフォトディテクタ部１
４２ａ，１４２ｂをその並び方向に横断して移動するよ
うにしてある。そして、試料台２１の上面２１ｂが水平
のときは、２つのフォトディテクタ部１４２ａ，１４２
ｂに均等に反射光が入射して共に等しい検出出力を発生
し、試料台２１の傾斜に伴う反射光のフォトディテクタ
部１４２ａ，１４２ｂの横断位置の変化に伴って、フォ
トディテクタ部１４２ａ，１４２ｂの検出出力のレベル
差が変わるように構成してある。The two-divided photodetector 142 has a structure in which the photodetector portions 142a and 142b divided into two are arranged in parallel, and the reflected light of the sample table 21 is arranged in parallel as the sample table 21 tilts.
42a and 142b are moved across the alignment direction. When the upper surface 21b of the sample table 21 is horizontal, the two photodetector sections 142a, 142 are
The reflected light is evenly incident on b to generate the same detection output, and the detection output of the photodetector sections 142a and 142b is accompanied by the change of the crossing position of the photodetector sections 142a and 142b due to the tilt of the sample table 21. The difference in level is changed.
【０１１３】このような角度検出系１４３は、試料台２
１の上面に設けられており、ＬＤ１４０からのレーザ光
はコリメータ１４１を透過して並行光になった後、試料
台２１の上面に照射され、試料台２１の上面で反射す
る。その反射光は二分割フォトディテクタ１４２に入射
し、検出される。試料台２１の上面はレーザ光が十分反
射するように、鏡面仕上げになっている。Such an angle detection system 143 is used for the sample table 2
The laser light from the LD 140 passes through the collimator 141 to become parallel light, and then is irradiated onto the upper surface of the sample table 21 and reflected by the upper surface of the sample table 21. The reflected light enters the two-divided photodetector 142 and is detected. The upper surface of the sample table 21 is mirror-finished so that the laser light is sufficiently reflected.
【０１１４】従って、第３実施例と同様に、試料台２１
の傾きに応じて試料台２１の上面で反射されたレーザ光
の光路がフォトディテクタ部１４２ａ，１４２ｂの並列
方向に移動してゆくので、フォトディテクタ部１４２
ａ，１４２ｂからは試料台２１の傾きに応じた差のある
検出出力が得られることになる。Therefore, similarly to the third embodiment, the sample table 21
The optical path of the laser light reflected on the upper surface of the sample table 21 moves in the direction parallel to the photodetector portions 142a and 142b according to the inclination of the photodetector portion 142a.
From a and 142b, detection outputs having a difference according to the inclination of the sample table 21 can be obtained.
【０１１５】そのため、円筒型圧電素子本体２２をゴニ
オステージとして駆動する際の試料台２１の傾きが、二
分割フォトディテクタ１４２の出力差として検出される
ので、これを用いて試料台２１の傾斜角検出が行える。Therefore, the tilt of the sample table 21 when the cylindrical piezoelectric element body 22 is driven as a goniometer stage is detected as the output difference of the two-divided photodetector 142, and this is used to detect the tilt angle of the sample table 21. Can be done.
【０１１６】本実施例では、第３実施例においては必要
とされた試料台２１の下部面の参照面１２４、および基
盤２３の孔２３ａ，サポート部２６，２４（２５）の中
空部分Ｈを必要としないで、傾き検出系が構成できるの
で、構成が簡易である。In this embodiment, the reference surface 124 of the lower surface of the sample table 21 and the hole 23a of the base 23 and the hollow portion H of the support portions 26, 24 (25) which are required in the third embodiment are required. Instead, the inclination detection system can be configured, and thus the configuration is simple.
【０１１７】（第５実施例）つぎに第５実施例について
説明する。(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described.
【０１１８】本実施例は、第２実施例と第３実施例（ま
たは、第４実施例）の複合形であり、ゴニオステージ駆
動（姿勢調整）と通常の移動ステージの動作（走査）と
が交互に行え、かつ、ゴニオステージ駆動時の傾きの検
出が行えるものである。また、この実施例では、傾き調
整が、試料の全体的な傾向としての傾斜状態ではなく、
観察したい目的部分について、傾きを補正することがで
きるようにして、試料表面が部分的に傾斜の度合いが異
なる場合でも目的の領域の像を高精度に得ることができ
るようにしたものである。This embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment (or the fourth embodiment), and the gonio stage drive (posture adjustment) and the normal movement stage operation (scanning) are performed. They can be alternately performed and the tilt can be detected when the goniometer stage is driven. Also, in this example, the tilt adjustment is not the tilt state as the overall tendency of the sample,
The inclination of the target portion to be observed can be corrected so that an image of the target area can be obtained with high accuracy even when the surface of the sample has different degrees of inclination.
【０１１９】図８に示すように、試料台２１と試料１２
の組み合わせにおいて、試料台２１の局率半径ｒと試料
台２１の下部から試料１２の表面までの距離ｄが既知で
あるとする。As shown in FIG. 8, the sample table 21 and the sample 12 are
In this combination, it is assumed that the local radius r of the sample table 21 and the distance d from the lower part of the sample table 21 to the surface of the sample 12 are known.
【０１２０】上記のｒ，ｄより、試料台２１がある方向
にΔθ回転したときの、回転方向への微小変位ΔＳは次
式で与えられる。From the above r and d, the minute displacement ΔS in the rotation direction when the sample table 21 rotates Δθ in a certain direction is given by the following equation.
【０１２１】 ΔＳ＝（ｒ−ｄ）Δθ …（４） 上記作用をもとに、走査形プローブ顕微鏡による観察前
の、試料台２１の自動傾き補正と、試料１２の所望とす
る観察部位ＲＭの位置出しを行う様子を、図４および図
６、図９を参照しながら説明する。ΔS = (r−d) Δθ (4) Based on the above operation, the automatic inclination correction of the sample table 21 and the desired observation region RM of the sample 12 before the observation by the scanning probe microscope are performed. The manner in which positioning is performed will be described with reference to FIGS. 4, 6, and 9.
【０１２２】まず、試料１２を保持させた試料台２１を
水平にして可動型のサポート部２４（２５）を固定サポ
ート部２６に磁気クランプし、この状態でつぎに試料１
２の所望観察部位ＲＭＡを探針９ａ下に合わせるため
に、微動位置調整装置２０を通常のステージ駆動させる
（移動ステージとしての動作）（図９（ａ）の状態から
図９（ｂ）の状態への移行制御）。First, the sample table 21 holding the sample 12 is made horizontal, and the movable support part 24 (25) is magnetically clamped to the fixed support part 26.
In order to adjust the desired observation region RMA of No. 2 below the probe 9a, the fine movement position adjusting device 20 is driven normally (operation as a moving stage) (from the state of FIG. 9A to the state of FIG. 9B). Transition control to).
【０１２３】つぎに第３実施例と同様に、試料１２の所
望の観察（走査）範囲ＲＭＡ内のＸ軸，Ｙ軸の中心線を
探針９ａにて走査し（図６（ａ）；図９（ｂ）の状態で
のステージ動作））、それぞれの軸方向の表面像（凹凸
像）ＩＭＸ，ＩＭＹを取り込む（図６（ｂ），
（ｃ））。Then, similarly to the third embodiment, the center lines of the X axis and the Y axis in the desired observation (scanning) range RMA of the sample 12 are scanned by the probe 9a (FIG. 6 (a); FIG. 9 (b) stage operation)), and the surface images (concavo-convex images) IMX and IMY in the respective axial directions are taken in (FIG. 6 (b),
(C)).
【０１２４】つぎにＸ軸，Ｙ軸方向の表面像ＩＭＸ，Ｉ
ＭＹから試料表面の傾き（Ｘ方向傾き：α，Ｙ方向傾
き：β）を算出する（図６（ｄ），（ｅ））。Next, the surface images IMX, I in the X-axis and Y-axis directions.
The inclination of the sample surface (X-direction inclination: α, Y-direction inclination: β) is calculated from MY (FIGS. 6D and 6E).
【０１２５】四分割フォトディテクタ１２２の出力より
試料台２１の傾きをモニタしながら、試料台２１が最初
の位置からＸ方向にΔα、続いてＹ方向にΔβ回転する
までゴニオステージ駆動つまり、試料台２１の傾斜調整
動作をさせる（図６（ｆ），（ｇ））。While monitoring the inclination of the sample table 21 from the output of the four-division photo detector 122, the gonio stage is driven until the sample table 21 rotates Δα in the X direction and Δβ in the Y direction from the initial position, that is, the sample table 21. The tilt adjustment operation is performed (FIGS. 6 (f) and 6 (g)).
【０１２６】この際、最初の観察希望部位ＲＭＡは、Ｘ
方向にΔＳｘ（＝（ｒ−ｄ）Δα）、そして、Ｙ方向に
ΔＳｙ（＝（ｒ−ｄ）Δβ）だけ、変位している。At this time, the first desired observation region RMA is X
The displacement is ΔSx (= (rd) Δα) in the direction and ΔSy (= (rd) Δβ) in the Y direction.
【０１２７】ここで、Ｘ方向に−ΔＳｘ、Ｙ方向に−Δ
Ｓｙ移動するように、通常のステージ駆動を行う（図９
（ｃ））。Here, −ΔSx in the X direction and −Δ in the Y direction.
Normal stage drive is performed so as to move Sy (FIG. 9).
(C)).
【０１２８】この動作が完了したならば、走査型プロー
ブ顕微鏡の探針９ａによる試料１２の表面の走査を行う
（図９（ｄ））。When this operation is completed, the surface of the sample 12 is scanned by the probe 9a of the scanning probe microscope (FIG. 9 (d)).
【０１２９】以上の本実施例により、まず、試料台２１
をステージ動作させて試料の目的の部分を探針９ａの走
査領域に移動させ、目的の部分が探針９ａの走査領域に
きたならば、試料を走査して凹凸像を得、この凹凸像か
ら試料観察対象部分の表面の傾斜の度合いを調べ、その
傾きを解消するように、試料台２１の傾きに対する検出
系を用いながら、試料台２１のゴニオステージ駆動を行
い、傾きが解消される角度分、試料台２１の傾き調整を
終えたならば、顕微鏡としての走査を実施して試料表面
の観察をすることができるようにしたから、試料におけ
る観察の対象領域が探針の走査平面に対して平行になる
ようにした状態で走査して観察できるようになり、目的
部分の像を高精度に観察ができるようになる。特に、目
的部分を中心に傾きを補正することから、試料表面が部
分的に傾斜の度合いが異なる場合でも目的の領域の像を
高精度に得ることができるようになる。According to the above embodiment, first, the sample table 21
Is operated to move the target portion of the sample to the scanning area of the probe 9a. When the target portion comes to the scanning area of the probe 9a, the sample is scanned to obtain an uneven image. The degree of inclination of the surface of the sample observation target is examined, and the goniometer stage of the sample table 21 is driven while using the detection system for the inclination of the sample table 21 so as to eliminate the inclination, and the inclination angle is eliminated. After the tilt adjustment of the sample table 21 is completed, the scanning as a microscope is performed so that the sample surface can be observed. Therefore, the observation target area of the sample is relative to the scanning plane of the probe. It becomes possible to scan and observe in a parallel state, and it becomes possible to observe an image of a target portion with high accuracy. In particular, since the tilt is corrected centering on the target portion, it is possible to obtain an image of the target region with high accuracy even when the sample surface partially has different degrees of tilt.
【０１３０】（第６実施例）つぎに第６実施例について
説明する。(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described.
【０１３１】図１０に示す実施例は、円筒型圧電素子本
体２２の上端に、Ｘ軸、Ｙ軸に対して回転可能なシリン
ドリカルな部材１３２，１３３を設けたステージを示
す。図中、サポート部材１３１は下部が円筒型圧電素子
本体２２の上端に固定されており、その上面はシリンド
リカルな凹面、例えば、蒲鉾型の凹面部１３１ａになっ
ている。The embodiment shown in FIG. 10 shows a stage in which cylindrical members 132 and 133 rotatable on the X-axis and the Y-axis are provided on the upper end of the cylindrical piezoelectric element body 22. In the figure, the lower portion of the support member 131 is fixed to the upper end of the cylindrical piezoelectric element body 22, and the upper surface thereof is a cylindrical concave surface, for example, a kamaboko-shaped concave portion 131a.
【０１３２】サポート部材１３１の上面には、その下部
がサポート部材１３１の蒲鉾型の凹面部１３１ａに合っ
た下部凸面部（蒲鉾型の凸面）１３２ａを有する中間部
材１３２が当該下部凸面部１３２ａを当接させて配置さ
せており、この中間部材１３２の上面は下部凸面の軸線
方向とは直交する方向に軸線を有するシリンドリカルな
凹面部（蒲鉾型の凹面）１３２ｂとなっている。On the upper surface of the support member 131, an intermediate member 132 having a lower convex surface portion (kamaboko-shaped convex surface) 132a, the lower portion of which is fitted to the semi-cylindrical concave surface portion 131a of the support member 131, contacts the lower convex surface portion 132a. The upper surface of the intermediate member 132 is a cylindrical concave portion (bend-shaped concave surface) 132b having an axis in a direction orthogonal to the axial direction of the lower convex surface.
【０１３３】中間部材１３２の凹面部１３２ｂには下面
が当該凹面部１３２ｂに合った下部凸面部（蒲鉾型の凸
面）１３３ａを有する試料台１３３が当該下部凸面部１
３３ａを当接させて配置させてあり、この試料台１３３
の上面部１３３ｂは平坦面になっていて、当該上面部１
３３ｂに試料１２が両面接着テープや接着剤等で取り付
けられ、保持される。On the concave surface portion 132b of the intermediate member 132, a sample table 133 having a lower convex surface portion (kamaboko-shaped convex surface) 133a whose lower surface matches the concave surface portion 132b is provided.
33a is placed in contact with the sample table 133.
The upper surface portion 133b of the
The sample 12 is attached to 33b with a double-sided adhesive tape, an adhesive, or the like and held.
【０１３４】サポート部材１３１および中間部材１３２
の側面には、中間部材１３２と試料台１３３の回転方向
に対して垂直な方向への動きを制限するための爪部１３
４がそれぞれ突出して設けられている。Support member 131 and intermediate member 132
On the side surface of the claw portion 13 for restricting the movement of the intermediate member 132 and the sample table 133 in the direction perpendicular to the rotation direction.
4 are provided so as to project.
【０１３５】このような構成の装置は、サポート部材１
３１に対して中間部材１３２が、そして、中間部材１３
２に対して試料台１３３がそれぞれ回動可能であり、そ
れぞれの回動軸はＸ軸、Ｙ軸の方向にしてある。そのた
め、中間部材１３２によるローリング方向対応の回動
と、試料台１３３による揺動方向対応の回動が可能にな
ることにより、試料台１３３は上面の向きを自由に変え
ることができるようになる。[0135] The apparatus having the above-mentioned structure is used in the support member 1
31 to the intermediate member 132, and the intermediate member 13
The sample table 133 is rotatable with respect to each of the two, and the respective rotation axes are in the directions of the X axis and the Y axis. Therefore, the rotation of the intermediate member 132 corresponding to the rolling direction and the rotation of the sample table 133 corresponding to the swinging direction enable the sample table 133 to freely change its upper surface orientation.
【０１３６】そして、円筒型圧電素子本体２２の駆動制
御により、円筒型圧電素子本体２２の先端部側はＸ軸、
Ｙ軸方向に任意に振らせることができる。また、中間部
材１３２と試料台１３３は、爪部１３４の制限を受ける
ために、曲面に対して垂直方向つまり、それぞれの回動
軸線の方向には変位せず、軸ずれはしない。By controlling the driving of the cylindrical piezoelectric element body 22, the tip side of the cylindrical piezoelectric element body 22 is X-axis,
It can be arbitrarily shaken in the Y-axis direction. Further, since the intermediate member 132 and the sample table 133 are restricted by the claws 134, they are not displaced in the direction perpendicular to the curved surface, that is, in the directions of their respective rotation axes, and are not displaced.
【０１３７】そのため、円筒型圧電素子本体２２の駆動
制御により、円筒型圧電素子本体２２を振らせて、試料
台１３３をゴニオステージ駆動させ、所望の傾斜状態に
調整してから、ステージ動作させることができる。Therefore, by controlling the driving of the cylindrical piezoelectric element body 22, the cylindrical piezoelectric element body 22 is swung to drive the sample stage 133 to the goniometer stage, and the stage is operated after adjusting it to a desired tilted state. You can
【０１３８】このように中間部材１３２と試料台１３３
の回転が、独立にシリンドリカルな面に沿って行われる
ようにして、二軸独立でそれぞれシリンドリカルな面の
拘束を受けるようにしたために、Ｘ方向およびＹ方向へ
の回動は、それぞれ干渉しないで行われる構造となるこ
とから、これにより、ゴニオステージ駆動動作はＸ軸方
向およびＹ軸方向のみで行えば良く、しかも、試料台１
３３を任意の角度位置に調整できる。そのため、円筒型
圧電素子本体２２の駆動制御は単純なもので済むように
なり、制御系が簡単で済む。In this way, the intermediate member 132 and the sample table 133 are
Since the rotations of X and Y are independently performed along the cylindrical surface and are constrained by the cylindrical surfaces independently of each other, the rotations in the X direction and the Y direction do not interfere with each other. Due to this structure, the gonio stage drive operation only needs to be performed in the X-axis direction and the Y-axis direction.
33 can be adjusted to any angular position. Therefore, the drive control of the cylindrical piezoelectric element body 22 is simple, and the control system is simple.
【０１３９】[0139]
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、試料台上の試料の上面の傾きをゴニオステージ動作
によって調整でき、精度の良い観察像を得ることができ
るようになる。As described above in detail, according to the present invention, the inclination of the upper surface of the sample on the sample table can be adjusted by the gonio stage operation, and an accurate observation image can be obtained.
【図１】本発明の第１実施例による移動ステージの構成
を説明するための図であって、（ａ）は移動ステージに
おける試料台部分の正面図、（ｂ）は凹面サポート部を
持つ円筒型圧電素子上に試料台を設けた構成の移動ステ
ージを示す図、（ｃ）はリング状サポート部を持つ円筒
型圧電素子上に試料台を設けた構成の移動ステージを示
す図。1A and 1B are views for explaining the configuration of a moving stage according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front view of a sample stage portion of the moving stage, and FIG. 1B is a cylinder having a concave support portion. The figure which shows the moving stage of the structure which provided the sample stand on the piezoelectric piezoelectric element, (c) is a figure which shows the moving stage of the structure which provided the sample stand on the cylindrical piezoelectric element which has a ring-shaped support part.
【図２】本発明の移動ステージを用いた走査型プローブ
顕微鏡の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a scanning probe microscope using the moving stage of the present invention.
【図３】本発明の第２実施例を説明するための図であっ
て、（ａ）は微動位置調整装置の全体的な構成を示す
図、（ｂ）は固定サポート部２６の構造を示す図。3A and 3B are views for explaining a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a diagram showing an overall configuration of a fine movement position adjusting device, and FIG. 3B is a diagram showing a structure of a fixed support portion. Fig.
【図４】本発明の第２実施例の動作例を説明するための
図であって、（ａ）は初期状態、（ｂ）はクランプオフ
として試料の位置調整を行った状態を示す図、（ｃ）は
クランプオンとして試料の姿勢調整を行った状態を示す
図、（ｄ）は試料の走査に移った状態を示す図。4A and 4B are views for explaining an operation example of the second embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is an initial state, and FIG. 4B is a diagram showing a state in which the position of the sample is adjusted by clamping off; FIG. 6C is a diagram showing a state in which the posture of the sample is adjusted by clamp-on, and FIG.
【図５】本発明の第３実施例の構成例を説明するための
図。FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration example of a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３実施例の装置における自動傾き補
正を行なう手順を説明するための図であって、（ａ）〜
（ｃ）は第１段階、（ｄ）および（ｅ）は第２段階、
（ｆ）および（ｇ）は第３段階をそれぞれ示す図。FIG. 6 is a view for explaining a procedure for performing automatic tilt correction in the device of the third embodiment of the present invention, and FIGS.
(C) is the first stage, (d) and (e) is the second stage,
(F) And (g) is a figure which shows the 3rd step, respectively.
【図７】本発明の第４実施例を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第５実施例を説明するための図。FIG. 8 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第５実施例の作用を説明するための図
であって、（ａ）および（ｂ）は試料の位置調整を示す
図、（ｃ）は軸方向の表面像（凹凸像）ＩＭＸ，ＩＭＹ
を取り込み、傾斜を調べて姿勢を調整する過程を示す
図、（ｄ）は試料表面の走査を行う段階を示す図。9A and 9B are views for explaining the operation of the fifth embodiment of the present invention, in which FIGS. 9A and 9B are views showing position adjustment of a sample, and FIG. 9C is a surface image in the axial direction (unevenness). Image) IMX, IMY
FIG. 3 is a diagram showing a process of taking in, inspecting the inclination to adjust the posture, and (d) a diagram showing a stage of scanning the sample surface.
【図１０】本発明の第６実施例を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining the sixth embodiment of the present invention.
【図１１】従来の微動位置調整装置の構成を説明するた
めの概略的な斜視図。FIG. 11 is a schematic perspective view for explaining the configuration of a conventional fine movement position adjusting device.
【図１２】微動位置調整装置の動作を説明するための図
であって、（ａ）は電圧開放時、（ｂ）は電圧印加時、
（ｃ）は電圧開放時の状態例を示す図。12A and 12B are views for explaining the operation of the fine movement position adjusting device, wherein FIG. 12A is when the voltage is open, FIG.
(C) is a figure which shows the example of a state at the time of a voltage release.
【図１３】試料の表面が、探針の走査面に対して傾きを
持っている例を説明するための図。FIG. 13 is a view for explaining an example in which the surface of the sample has an inclination with respect to the scanning surface of the probe.
【図１４】傾きのある試料表面での収集画素データと、
補正後のデータの様子を説明するための図であって、
（ａ）は試料の表面が探針の走査面に対して傾きを持っ
ている場合での収集画素デ−タと、（ｂ）は傾き補正後
の画素データの状態を説明するための図。FIG. 14 shows collected pixel data on a sample surface having an inclination,
It is a figure for explaining the state of the data after correction,
(A) is a figure for demonstrating the collection pixel data in case the surface of a sample has inclination with respect to the scanning surface of a probe, (b) is a figure for demonstrating the state of the pixel data after inclination correction.
【図１５】二軸独立の一般的なゴニオステージの構成を
示す斜視図。FIG. 15 is a perspective view showing the structure of a general goniometer stage having two independent axes.
９…カンチレバー ９ａ…探針 ２０…微動位置調整装置 ２１，１３３…試料台 ２２…円筒型圧電素子本体 ２２ａ…外周側電極 ２４，２５…サポート部 ２６…固定サポート部 9 ... Cantilever 9a ... Probe 20 ... Fine movement position adjusting device 21, 133 ... Sample stage 22 ... Cylindrical piezoelectric element body 22a ... Outer peripheral side electrode 24, 25 ... Support part 26 ... Fixed support part
Claims (1)
の探針を試料の表面に近接させて相対走査することによ
り、上記試料表面の情報を得る走査型プローブ顕微鏡に
おいて、 試料を探針に対して走査させるための微動位置調整装置
を、 周面に分割した電極を配置した筒型の圧電素子と、 試料を載置するための上面部と凸面状の底部とを有する
試料台と、 上記圧電素子の上部に配され、上記試料台の底部と接し
て試料台を傾斜可能に保持するサポート部と、より構成
したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。1. A scanning probe microscope that obtains information on the surface of a sample by using a cantilever in which the probe is erected and bringing the probe close to the surface of the sample to perform relative scanning A fine movement position adjusting device for scanning with respect to the cylindrical piezoelectric element in which divided electrodes are arranged on the peripheral surface, a sample table having an upper surface part for mounting a sample and a convex bottom part, A scanning probe microscope, comprising: a support portion that is disposed on an upper portion of the piezoelectric element and that is in contact with the bottom portion of the sample stage to hold the sample stage tiltably.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4638593A JPH06258070A (en) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | Scanning probe microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4638593A JPH06258070A (en) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | Scanning probe microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258070A true JPH06258070A (en) | 1994-09-16 |
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ID=12745677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4638593A Withdrawn JPH06258070A (en) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | Scanning probe microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06258070A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1993
- 1993-03-08 JP JP4638593A patent/JPH06258070A/en not_active Withdrawn
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