JP2003315239A - Scanner for spm - Google Patents

Scanner for spm

Info

Publication number
JP2003315239A
JP2003315239A JP2002124421A JP2002124421A JP2003315239A JP 2003315239 A JP2003315239 A JP 2003315239A JP 2002124421 A JP2002124421 A JP 2002124421A JP 2002124421 A JP2002124421 A JP 2002124421A JP 2003315239 A JP2003315239 A JP 2003315239A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
scanner
spm
displacement
laminated piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002124421A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiko Kakemizu
孝彦 掛水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP2002124421A priority Critical patent/JP2003315239A/en
Publication of JP2003315239A publication Critical patent/JP2003315239A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanner for SPM (scanning probe microscope) which is miniaturized without sacrificing displacement amount and which is suitable for a high-speed scanning operation having a high resonance frequency. <P>SOLUTION: The scanner 100 for SPM is provided with a cylindrical piezoelectric element 110 used to generate a displacement in the X-direction and the Y-direction; a stacked piezoelectric element 120 used to generate a displacement in the Z-direction; a connecting member 130 used to connect the piezoelectric element 110 to the piezoelectric element 120; a mounting member 140 fixed to the upper end of the piezoelectric element 110; and a cantilever support member 150 fixed to the lower end of the piezoelectric element 120. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、STM
(走査型トンネル顕微鏡)やAFM(原子間力顕微鏡)
等に代表されるSPM(走査型プローブ顕微鏡)に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to, for example, STM.
(Scanning tunneling microscope) and AFM (atomic force microscope)
The present invention relates to SPM (scanning probe microscope) represented by the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】カンチレバーを代表とするプローブを試
料に対して走査させることにより、試料の起伏形状をナ
ノオーダーで測定・解析するSPM(走査型プローブ顕
微鏡)が広く知られている。近年では使い勝手等を含め
てSPM自体の小型化のニーズ多くなって来ている。そ
の中でプローブを走査する走査機構すなわちスキャナの
小型化が必須となっている。こうしたSPMのスキャナ
には、特開2000−350478号公報や特開平8−
271212号公報に開示されているように、円筒型圧
電素子や積層型圧電素子を用いた構成が広く採用されて
いる。
2. Description of the Related Art An SPM (scanning probe microscope) for measuring and analyzing the undulating shape of a sample in nano-order by scanning the sample with a probe typified by a cantilever is widely known. In recent years, there has been an increasing need for miniaturization of the SPM itself, including usability. Among them, the downsizing of the scanning mechanism for scanning the probe, that is, the scanner is essential. Such SPM scanners include JP-A-2000-350478 and JP-A-8-
As disclosed in Japanese Patent No. 271212, a configuration using a cylindrical piezoelectric element or a laminated piezoelectric element is widely adopted.

【0003】円筒型圧電素子を用いたスキャナいわゆる
チューブスキャナを図6示す。
FIG. 6 shows a so-called tube scanner using a cylindrical piezoelectric element.

【0004】図6において、チューブスキャナ500
は、円筒形状の圧電体502と、その内側周面と外側周
面に設けられた電極とで構成されている。プローブ53
0は、チューブスキャナ500の下端すなわち自由端に
取り付けられる。
In FIG. 6, a tube scanner 500 is provided.
Is composed of a cylindrical piezoelectric body 502 and electrodes provided on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface thereof. Probe 53
0 is attached to the lower end or free end of the tube scanner 500.

【0005】チューブスキャナ500は、おおまかに、
XY変位を発生するXY変位部510とZ変位を発生す
るZ変位部520とに分けられる。
The tube scanner 500 is roughly
It is divided into an XY displacement portion 510 that generates an XY displacement and a Z displacement portion 520 that generates a Z displacement.

【0006】XY変位部510は、円筒形状圧電体50
2の内側周面に設けられた一つの共通電極512と、円
筒形状圧電体502の外側周面に設けられた一対のX駆
動電極514と一対のY駆動電極516とを備えてい
る。X駆動電極514とY駆動電極516は等間隔で交
互に配置されている。
The XY displacement portion 510 is a cylindrical piezoelectric body 50.
One common electrode 512 provided on the inner peripheral surface of the second piezoelectric element 502, a pair of X drive electrodes 514 and a pair of Y drive electrodes 516 provided on the outer peripheral surface of the cylindrical piezoelectric body 502. The X drive electrodes 514 and the Y drive electrodes 516 are alternately arranged at equal intervals.

【0007】XY変位部510は、一対のX駆動電極5
14への逆極性の電圧印加に応じて、その部分に位置す
る圧電体502が湾曲することにより、X変位を生じ
る。これによりプローブ530がX方向に移動すなわち
走査される。同様に、XY変位部510は、一対のY駆
動電極516への逆極性の電圧印加に応じて、その部分
に位置する圧電体502が湾曲することにより、Y変位
を生じる。これによりプローブ530がY方向に移動す
なわち走査される。
The XY displacement section 510 includes a pair of X drive electrodes 5
In response to the application of the reverse polarity voltage to the piezoelectric element 14, the piezoelectric body 502 located at that portion bends, causing an X displacement. As a result, the probe 530 is moved or scanned in the X direction. Similarly, the XY displacement portion 510 causes Y displacement by bending the piezoelectric body 502 located in that portion in response to the application of a reverse polarity voltage to the pair of Y drive electrodes 516. This causes the probe 530 to move or scan in the Y direction.

【0008】Z変位部520は、円筒形状圧電体502
の内側周面に設けられた(図示しない)一つの共通電極
と、円筒形状圧電体502の外側周面に設けられた一つ
のZ駆動電極524とを備えている。Z変位部520
は、Z駆動電極524への電圧印加に応じて、Z変位を
生じる。これによりプローブ530がZ方向に移動すな
わち走査される。
The Z displacement section 520 is a cylindrical piezoelectric body 502.
It has one common electrode (not shown) provided on the inner peripheral surface thereof and one Z drive electrode 524 provided on the outer peripheral surface of the cylindrical piezoelectric body 502. Z displacement section 520
Causes Z displacement in response to voltage application to the Z drive electrode 524. As a result, the probe 530 is moved or scanned in the Z direction.

【0009】積層型圧電素子を用いたスキャナいわゆる
トライポッドスキャナを図7に示す。
A scanner using a laminated piezoelectric element, a so-called tripod scanner, is shown in FIG.

【0010】図7において、トライポッドスキャナ60
0は、X変位を発生するX変位用積層型圧電素子610
と、Y変位を発生するY変位用積層型圧電素子620
と、Z変位を発生するZ変位用積層型圧電素子630と
を備えている。X変位用積層型圧電素子610とY変位
用積層型圧電素子620とZ変位用積層型圧電素子63
0は互いに直交するように連結されている。
In FIG. 7, the tripod scanner 60 is shown.
0 is a laminated piezoelectric element 610 for X displacement that generates X displacement.
And a multilayer piezoelectric element 620 for Y displacement that generates Y displacement
And a Z displacement laminated piezoelectric element 630 for generating Z displacement. X displacement multilayer piezoelectric element 610, Y displacement multilayer piezoelectric element 620, and Z displacement multilayer piezoelectric element 63.
0s are connected so as to be orthogonal to each other.

【0011】X変位用積層型圧電素子610とY変位用
積層型圧電素子620とZ変位用積層型圧電素子630
の各々は、一方向に複数の圧電体と複数の電極を交互に
積層して構成されており、電極への電圧印加に応じて、
積層方向に伸縮する、つまり変位を発生する。
A laminated piezoelectric element 610 for X displacement, a laminated piezoelectric element 620 for Y displacement, and a laminated piezoelectric element 630 for Z displacement.
Each of which is configured by alternately stacking a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of electrodes in one direction, and in accordance with the voltage application to the electrodes,
It expands and contracts in the stacking direction, that is, it causes displacement.

【0012】プローブ640は、Z変位用積層型圧電素
子630の下端すなわち自由端に取り付けられている。
X変位用積層型圧電素子610は電圧印加に応じてX変
位を生じ、これによりプローブ640がX方向に移動す
なわち走査される。Y変位用積層型圧電素子620は電
圧印加に応じてY変位を生じ、これによりプローブ64
0がY方向に走査される。Z変位用積層型圧電素子63
0は電圧印加に応じてZ変位を生じ、これによりプロー
ブ640がZ方向に走査される。
The probe 640 is attached to the lower end, that is, the free end of the Z displacement multilayer piezoelectric element 630.
The X-displacement laminated piezoelectric element 610 causes X-displacement in response to the voltage application, whereby the probe 640 is moved or scanned in the X-direction. The Y displacement multi-layer piezoelectric element 620 causes Y displacement in response to the voltage application, which causes the probe 64 to move.
0 is scanned in the Y direction. Multilayer piezoelectric element for Z displacement 63
0 causes Z displacement in response to voltage application, which causes the probe 640 to scan in the Z direction.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】スキャナは、高速走査
のために、高い共振周波数を有しているとよい。そのた
めには、一般に、スキャナが小型であるとよい。
The scanner preferably has a high resonant frequency for high speed scanning. To that end, it is generally good for the scanner to be small.

【0014】前述したスキャナはいずれも、現状の変位
量すなわちストロークを維持したままで、小型化するこ
とが難しい。
It is difficult to downsize any of the above-mentioned scanners while maintaining the current displacement amount, that is, the stroke.

【0015】円筒型圧電素子を用いたスキャナいわゆる
チューブスキャナでは、XY変位はチルティング変位に
より発生されるので、原理的には円筒径を小さくしてチ
ルト角度発生個所を円筒中心部に近づけることにより、
XY変位の変位量を損なうことなく円筒型圧電素子を短
くすることは可能である。しかし、Z変位量は、円筒径
とは関係なく、単純に円筒型圧電素子の長さに依存して
いるので、Z変位の変位量を損なうことなく円筒型圧電
素子を短くすることはできない。
In a so-called tube scanner using a cylindrical piezoelectric element, XY displacement is generated by tilting displacement. Therefore, in principle, the diameter of the cylinder is reduced so that the tilt angle generation point is brought closer to the center of the cylinder. ,
It is possible to shorten the cylindrical piezoelectric element without impairing the displacement amount of the XY displacement. However, since the Z displacement amount does not depend on the cylinder diameter and simply depends on the length of the cylindrical piezoelectric element, it is impossible to shorten the cylindrical piezoelectric element without impairing the Z displacement amount.

【0016】積層型圧電素子を用いたスキャナいわゆる
トライポッドスキャナでは、チューブスキャナと同等の
サイズにおいては、Z方向に関しては十分な大きさの変
位を発生させることはできるが、X方向とY方向に関し
ては十分な大きさの変位を発生されることはできない。
X方向とY方向に関して十分な大きさの変位を得るため
に、良く知られるバネステージ等の複雑な形状の拡大機
構を用いる手法も考えられるが、これは、スキャナを高
価なものにするとともに、拡大機構の横方向サイズ(X
方向とY方向に関する大きさ)をチューブスキャナの外
径程度に収めることは技術的に難しい。
A scanner using a laminated piezoelectric element, a so-called tripod scanner, can generate a sufficient displacement in the Z direction in the same size as a tube scanner, but in the X and Y directions. A displacement of sufficient magnitude cannot be generated.
A method using a well-known magnifying mechanism having a complicated shape such as a spring stage may be considered in order to obtain a sufficient displacement in the X direction and the Y direction, but this makes the scanner expensive and Lateral size of magnifying mechanism (X
It is technically difficult to keep the (direction and Y-direction size) within the outer diameter of the tube scanner.

【0017】本発明の目的は、変位量を犠牲にすること
なく、小型化されたSPM用スキャナを提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a downsized SPM scanner without sacrificing displacement.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明のSPM用スキャ
ナは、XY方向に変位発生する円筒型圧電素子と、Z方
向に変位発生する積層型圧電素子とを備えており、円筒
型圧電素子と積層型圧電素子はZ方向に直列に一体化さ
れている。
The SPM scanner of the present invention comprises a cylindrical piezoelectric element that is displaced in the XY directions and a laminated piezoelectric element that is displaced in the Z direction. The laminated piezoelectric elements are integrated in series in the Z direction.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】第一実施形態 本発明の第一実施形態のSPMスキャナを図1に示す。First embodiment The SPM scanner of the first embodiment of the present invention is shown in FIG.

【0021】図1に示されるように、本実施形態のSP
M用スキャナ100は、XY方向に変位発生する円筒型
圧電素子110と、Z方向に変位発生する積層型圧電素
子120とを備えている。円筒型圧電素子110と積層
型圧電素子120はZ方向に直列に一体化されている。
As shown in FIG. 1, the SP of this embodiment
The M scanner 100 includes a cylindrical piezoelectric element 110 that is displaced in the XY directions and a laminated piezoelectric element 120 that is displaced in the Z directions. The cylindrical piezoelectric element 110 and the laminated piezoelectric element 120 are integrated in series in the Z direction.

【0022】より詳しくは、円筒型圧電素子110と積
層型圧電素子120は連結部材130を介して互いに連
結されている。円筒型圧電素子110の上端には取り付
け部材140が固定されている。取り付け部材140
は、架台等への取り付け用ネジ142を有している。積
層型圧電素子120の下端にはカンチレバー支持部材1
50が固定されている。カンチレバー支持部材150に
は、カンチレバー160が着脱自在に取り付けられる。
カンチレバー160は、プローブ162と、これを自由
端に支持するレバー164とを有している。
More specifically, the cylindrical piezoelectric element 110 and the laminated piezoelectric element 120 are connected to each other via a connecting member 130. A mounting member 140 is fixed to the upper end of the cylindrical piezoelectric element 110. Mounting member 140
Has a mounting screw 142 for mounting on a frame or the like. At the lower end of the laminated piezoelectric element 120, a cantilever support member 1
50 is fixed. A cantilever 160 is detachably attached to the cantilever support member 150.
The cantilever 160 has a probe 162 and a lever 164 that supports the probe 162 at its free end.

【0023】すなわち、SPM用スキャナ100は、X
Y方向に変位発生する円筒型圧電素子110と、Z方向
に変位発生する積層型圧電素子120と、円筒型圧電素
子110と積層型圧電素子120を互いに連結する連結
部材130と、円筒型圧電素子110の上端に固定され
た取り付け部材140と、積層型圧電素子120の下端
に固定されたカンチレバー支持部材150とを備えてい
る。
That is, the SPM scanner 100 has the X
A cylindrical piezoelectric element 110 that is displaced in the Y direction, a laminated piezoelectric element 120 that is displaced in the Z direction, a connecting member 130 that connects the cylindrical piezoelectric element 110 and the laminated piezoelectric element 120 to each other, and a cylindrical piezoelectric element. An attachment member 140 fixed to the upper end of 110 and a cantilever support member 150 fixed to the lower end of the laminated piezoelectric element 120 are provided.

【0024】円筒型圧電素子110は、円筒形状の圧電
体112と、その内側周面に設けられた(図示しない)
一つの共通電極と、その外側周面に設けられた一対のX
駆動電極116と一対のY駆動電極118とを備えてい
る。共通電極は、円筒形状圧電体112の内側周面のほ
ぼ全体に広がっている。X駆動電極116とY駆動電極
118は共に同じ大きさを有している。一対のX駆動電
極116は互いに向き合って配置され、一対のY駆動電
極118も同様に向き合って配置され、隣接するX駆動
電極116とY駆動電極118は円筒形状圧電体112
の中心軸に対して90°の角度をもって配置されてい
る。
The cylindrical piezoelectric element 110 is provided with a cylindrical piezoelectric body 112 and an inner peripheral surface thereof (not shown).
One common electrode and a pair of Xs provided on the outer peripheral surface thereof
A drive electrode 116 and a pair of Y drive electrodes 118 are provided. The common electrode extends over almost the entire inner peripheral surface of the cylindrical piezoelectric body 112. Both the X drive electrode 116 and the Y drive electrode 118 have the same size. The pair of X drive electrodes 116 are arranged to face each other, and the pair of Y drive electrodes 118 are also arranged to face each other. The adjacent X drive electrodes 116 and Y drive electrodes 118 are arranged in the cylindrical piezoelectric body 112.
Are arranged at an angle of 90 ° with respect to the central axis.

【0025】積層型圧電素子120は、例えば、一般に
広く知られているように、角柱形状を有している。しか
しながら、積層型圧電素子120は、必ずしも角柱形状
を有している必要はなく、他の任意の形状、例えば円柱
形状を有していてもよい。また、積層型圧電素子120
は吊られて使用されるので、一般に積層型圧電素子が変
位方向への圧縮には強いが引っ張りには弱いことを考慮
して、積層型圧電素子120はバネ材により予圧が掛け
られているとよい。
The laminated piezoelectric element 120 has, for example, a prismatic shape, as is generally known. However, the laminated piezoelectric element 120 does not necessarily have a prismatic shape, and may have any other shape, for example, a cylindrical shape. In addition, the laminated piezoelectric element 120
Since the laminated piezoelectric element 120 is hung and used, it is generally considered that the laminated piezoelectric element 120 is preloaded by a spring material in consideration of the fact that the laminated piezoelectric element is strong in compression in the displacement direction but weak in tension. Good.

【0026】円筒型圧電素子110と積層型圧電素子1
20は共にアンプ内蔵制御コントローラ170に電気的
に接続されており、アンプ内蔵制御コントローラ170
によって制御される。
Cylindrical piezoelectric element 110 and laminated piezoelectric element 1
20 are both electrically connected to the controller with built-in amplifier 170.
Controlled by.

【0027】円筒型圧電素子110は、アンプ内蔵制御
コントローラ170からの一対のX駆動電極116ある
いはY駆動電極118への逆極性の電圧印加に応じて、
X方向あるいはY方向に変位する。例えば、一対のX駆
動電極116に逆極性の電圧が印加されると、一方のX
駆動電極116と共通電極に挟まれている部分の圧電体
が伸び、これとは反対に、他方のX駆動電極116と共
通電極に挟まれている部分の圧電体が縮む。その結果、
円筒型圧電素子110は湾曲し、その自由端は±X方向
のいずれか一方に変位する。さらに、一対のX駆動電極
116に印加される逆極性の電圧の極性が逆にされる
と、円筒型圧電素子110の自由端は、上述した変位方
向とは反対方向に変位する。つまり、円筒型圧電素子1
10は±X方向に変位する。その結果、プローブ162
が±X方向に変位すなわち走査される。これはY方向の
変位に関しても同様である。
The cylindrical piezoelectric element 110 responds to the application of a reverse polarity voltage from the amplifier built-in controller 170 to the pair of X drive electrodes 116 or Y drive electrodes 118.
It is displaced in the X or Y direction. For example, when a voltage of opposite polarity is applied to the pair of X drive electrodes 116, one X
The piezoelectric body in the portion sandwiched between the drive electrode 116 and the common electrode expands, and conversely, the piezoelectric body in the portion sandwiched between the other X drive electrode 116 and the common electrode contracts. as a result,
The cylindrical piezoelectric element 110 is curved, and its free end is displaced in either of ± X directions. Further, when the polarities of the reverse polarity voltages applied to the pair of X drive electrodes 116 are reversed, the free end of the cylindrical piezoelectric element 110 is displaced in the direction opposite to the displacement direction described above. That is, the cylindrical piezoelectric element 1
10 is displaced in the ± X direction. As a result, the probe 162
Are displaced or scanned in the ± X directions. This also applies to the displacement in the Y direction.

【0028】積層型圧電素子120は電圧印加に応じて
Z方向に伸びる。積層型圧電素子120は初期状態にお
いてアンプ内蔵制御コントローラ170から一定のバイ
アス電圧が印加されている。積層型圧電素子120に印
加される電圧が変更されると、積層型圧電素子120に
印加されている電圧とバイアス電圧との差の極性に応じ
て、積層型圧電素子120が伸縮する。従って、積層型
圧電素子120の自由端が±Z方向に変位する。その結
果、プローブ162が±Z方向に変位すなわち走査され
る。
The laminated piezoelectric element 120 extends in the Z direction in response to voltage application. In the initial state, the laminated piezoelectric element 120 is applied with a constant bias voltage from the controller 170 with a built-in amplifier. When the voltage applied to the laminated piezoelectric element 120 is changed, the laminated piezoelectric element 120 expands and contracts according to the polarity of the difference between the voltage applied to the laminated piezoelectric element 120 and the bias voltage. Therefore, the free end of the laminated piezoelectric element 120 is displaced in the ± Z direction. As a result, the probe 162 is displaced or scanned in the ± Z directions.

【0029】測定・解析の対象である試料180の表面
の測定・解析に際しては、プローブ162は、試料18
0の表面の近くに配置される。プローブ162は、上述
した円筒型圧電素子110の動作によって、試料180
の表面に対してXY方向に移動すなわちXY走査され
る。プローブ162がXY走査される間、プローブ16
2のZ方向の変位が光テコ法・光干渉法・光シャッター
法・プローブ歪み検出法等によってモニターされる。例
えば、プローブ162は、Z方向の位置が一定に維持さ
れるように、Z走査される。
When measuring / analyzing the surface of the sample 180 to be measured / analyzed, the probe 162 moves the sample 18
It is located near the 0 surface. The probe 162 moves the sample 180 by the operation of the cylindrical piezoelectric element 110 described above.
The surface is moved in the XY directions, that is, XY scanning is performed. While the probe 162 is XY scanned, the probe 16
The displacement in the Z direction of 2 is monitored by the optical lever method, the optical interference method, the optical shutter method, the probe strain detection method, and the like. For example, the probe 162 is Z-scanned so that the position in the Z direction is kept constant.

【0030】XY走査とZ走査の制御信号に基づいて、
試料180の表面の物理情報、例えば試料180の表面
の凹凸が、測定・解析される。
Based on control signals for XY scanning and Z scanning,
Physical information on the surface of the sample 180, for example, unevenness on the surface of the sample 180 is measured and analyzed.

【0031】本実施形態のSPM用スキャナ100は、
XY走査用の円筒型圧電素子とZ走査用の積層型圧電素
子がZ方向に直列に一体化されているので、変位量すな
わちストロークを犠牲にすることなく、小型化が達成さ
れている。従って、SPM用スキャナ100は、高い共
振周波数を有し、従って高速走査に適している。
The SPM scanner 100 of this embodiment is
Since the cylindrical piezoelectric element for XY scanning and the laminated piezoelectric element for Z scanning are integrated in series in the Z direction, miniaturization is achieved without sacrificing the displacement amount, that is, the stroke. Therefore, the SPM scanner 100 has a high resonance frequency and is therefore suitable for high speed scanning.

【0032】第二実施形態 本発明の第二実施形態のSPMスキャナを図2に示す。
図2において、第一実施形態の部材と同一の参照符号が
付された部材は同等の部材を示しており、続く記述の中
ではその詳しい説明は記載の重複を避けて省略する。
Second Embodiment FIG. 2 shows an SPM scanner according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 2, members designated by the same reference numerals as the members of the first embodiment indicate equivalent members, and in the following description, detailed description thereof will be omitted to avoid duplication of description.

【0033】図2に示されるように、本実施形態のSP
M用スキャナ200では、積層型圧電素子120はZ方
向に延びる貫通穴222を有している。連結部材130
は開口232を有しており、これは円筒型圧電素子11
0の内側の空間212と積層型圧電素子120の貫通穴
222とを連絡している。取り付け部材140は開口2
44を有しており、これは円筒型圧電素子110の内側
の空間212を外部空間と連絡している。カンチレバー
支持部材150は開口252を有しており、これは積層
型圧電素子120の貫通穴222を外部空間と連絡して
いる。
As shown in FIG. 2, the SP of this embodiment is
In the M scanner 200, the laminated piezoelectric element 120 has a through hole 222 extending in the Z direction. Connection member 130
Has an opening 232, which is a cylindrical piezoelectric element 11
The space 212 inside 0 is connected to the through hole 222 of the laminated piezoelectric element 120. The mounting member 140 has the opening 2
44, which connects the space 212 inside the cylindrical piezoelectric element 110 to the external space. The cantilever support member 150 has an opening 252, which connects the through hole 222 of the laminated piezoelectric element 120 to the external space.

【0034】取り付け部材140の開口244と、円筒
型圧電素子110の内側の空間212と、連結部材13
0の開口232と、積層型圧電素子120の貫通穴22
2と、カンチレバー支持部材150の開口252とは、
共働してSPM用スキャナ200の全体にわたりZ方向
に延びる空洞を形成している。
The opening 244 of the mounting member 140, the space 212 inside the cylindrical piezoelectric element 110, and the connecting member 13
0 opening 232 and the through hole 22 of the multilayer piezoelectric element 120.
2 and the opening 252 of the cantilever support member 150,
Together, they form a cavity extending across the SPM scanner 200 in the Z direction.

【0035】このようなSPM用スキャナ200の全体
に延びる空洞は、光路を確保するための空間として利用
され得る。言い換えれば、このような空洞は、SPM用
スキャナ200の上方に配置されたレンズ290によっ
て、プローブ162と試料180とが光学的に観察され
ることを可能にする。
The cavity extending over the entire SPM scanner 200 can be used as a space for securing an optical path. In other words, such a cavity allows the probe 162 and the sample 180 to be optically viewed by the lens 290 located above the SPM scanner 200.

【0036】本実施形態のSPM用スキャナ200は、
第一実施形態の利点に加えて、Z方向に貫通する空洞を
有しているので、その空洞を介してプローブ162と試
料180を光学的に観察することが可能であるという利
点を有している。
The SPM scanner 200 of this embodiment is
In addition to the advantages of the first embodiment, since it has a cavity penetrating in the Z direction, it has the advantage that the probe 162 and the sample 180 can be optically observed through the cavity. There is.

【0037】第三実施形態 本発明の第三実施形態のSPMスキャナを図3に示す。
図3において、第二実施形態の部材と同一の参照符号が
付された部材は同等の部材を示しており、続く記述の中
ではその詳しい説明は記載の重複を避けて省略する。
Third Embodiment FIG. 3 shows an SPM scanner according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 3, members designated by the same reference numerals as the members of the second embodiment indicate the same members, and in the following description, detailed description thereof will be omitted to avoid duplication of description.

【0038】図3に示されるように、本実施形態のSP
M用スキャナ300Aは、Z方向に貫通する空洞の内部
に配置されたレンズ390を更に備えている。レンズ3
90は、取り付け部材140の開口244に固定されて
いる。
As shown in FIG. 3, the SP of this embodiment is
The M scanner 300A further includes a lens 390 arranged inside a cavity penetrating in the Z direction. Lens 3
90 is fixed to the opening 244 of the attachment member 140.

【0039】好ましくは、レンズ390は、その光軸が
空洞の中心軸と一致するように配置され、さらに、プロ
ーブ162は、レンズ390の光軸上に位置するように
配置されている。
Preferably, the lens 390 is arranged so that its optical axis coincides with the central axis of the cavity, and the probe 162 is arranged so as to be located on the optical axis of the lens 390.

【0040】SPM用スキャナ300Aは、取り付け部
材140の取り付け用ネジ142によって、光学顕微鏡
の対物レボルバ306に取り付けられる。通常、対物レ
ボルバ306は、複数の対物レンズ304を支持可能で
あり、それに取り付けられた複数の対物レンズ304の
一つを選択的に光学顕微鏡の光路上に配置し得る。SP
M用スキャナ300Aは、それらの対物レンズ304の
一つに代えて、対物レボルバ306に取り付けられる。
The SPM scanner 300A is attached to the objective revolver 306 of the optical microscope by the attaching screw 142 of the attaching member 140. Generally, the objective revolver 306 can support a plurality of objective lenses 304, and one of the plurality of objective lenses 304 attached to the objective revolver 306 can be selectively placed in the optical path of the optical microscope. SP
The M scanner 300A is attached to the objective revolver 306 instead of one of the objective lenses 304.

【0041】SPM用スキャナ300Aのレンズ390
は、対物レボルバ306を含む光学顕微鏡と共働して、
SPM用スキャナ300Aの空洞を介して、プローブ1
62と試料180を光学的に観察することを可能にす
る。言い換えれば、SPM用スキャナ300Aのレンズ
390は、対物レボルバ306を含む光学顕微鏡の対物
レンズとして機能する。
Lens 390 of SPM scanner 300A
Cooperates with an optical microscope that includes an objective revolver 306,
Through the cavity of the SPM scanner 300A, the probe 1
It is possible to optically observe 62 and the sample 180. In other words, the lens 390 of the SPM scanner 300A functions as the objective lens of the optical microscope including the objective revolver 306.

【0042】本実施形態のSPM用スキャナ300A
は、それを貫通する空洞と、その内部に配置されたレン
ズ390とを有しており、光学顕微鏡の対物レボルバに
取り付け可能であり、レンズ390は光学顕微鏡の対物
レンズとして働く。従って、本実施形態のSPM用スキ
ャナ300Aは、第二実施形態の利点に加えて、既存の
光学顕微鏡を利用してプローブ162と試料180を光
学的に観察することが可能であるという利点を有してい
る。これにより、観察光学系を含むSPMを安価に構成
し得る。
The SPM scanner 300A of this embodiment
Has a cavity therethrough and a lens 390 disposed therein and is attachable to an objective revolver of an optical microscope, which acts as an objective lens of the optical microscope. Therefore, in addition to the advantages of the second embodiment, the SPM scanner 300A of the present embodiment has the advantage that it is possible to optically observe the probe 162 and the sample 180 using an existing optical microscope. is doing. Thereby, the SPM including the observation optical system can be inexpensively constructed.

【0043】図3に示されるSPM用スキャナ300A
では、レンズ390は取り付け部材140の開口244
に固定されているが、レンズ390の取り付け位置はこ
れに限定されるものではなく、SPM用スキャナの空洞
の内部のどの位置に配置されいてもよい。例えば、図4
に示されるSPM用スキャナ300Bのように、レンズ
390は連結部材130の開口232に固定されていて
もよい。あるいは、図5に示されるSPM用スキャナ3
00Cのように、レンズ390はカンチレバー支持部材
150の開口252に固定されていてもよい。すなわ
ち、図4に示されるSPM用スキャナ300Bや図5に
示されるSPM用スキャナ300Cも本実施形態の中に
ある。
The SPM scanner 300A shown in FIG.
Then, the lens 390 is attached to the opening 244 of the mounting member 140.
However, the mounting position of the lens 390 is not limited to this, and may be arranged at any position inside the cavity of the SPM scanner. For example, in FIG.
The lens 390 may be fixed to the opening 232 of the connecting member 130, as in the SPM scanner 300B shown in FIG. Alternatively, the SPM scanner 3 shown in FIG.
The lens 390 may be fixed to the opening 252 of the cantilever support member 150, as in 00C. That is, the SPM scanner 300B shown in FIG. 4 and the SPM scanner 300C shown in FIG. 5 are also included in this embodiment.

【0044】これまで、図面を参照しながら本発明の実
施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて様々な変形や変更が施されてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and variations are possible without departing from the scope of the invention. Changes may be made.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、XY走査用の円筒型圧
電素子とZ走査用の積層型圧電素子をZ方向に直列に一
体化することにより、変位量を犠牲にすることなく、小
型化が達成されたSPM用スキャナが提供される。本発
明によるSPM用スキャナは、小型であるため、高い共
振周波数を有し、従って高速走査に好適である。
According to the present invention, a cylindrical piezoelectric element for XY scanning and a laminated piezoelectric element for Z scanning are integrated in series in the Z direction, so that the displacement amount is not sacrificed and the size is reduced. Provided is a scanner for SPM which has been achieved. Since the SPM scanner according to the present invention is small, it has a high resonance frequency and is therefore suitable for high speed scanning.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一実施形態のSPM用スキャナを示
している。
FIG. 1 shows an SPM scanner according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二実施形態のSPM用スキャナを示
している。
FIG. 2 shows an SPM scanner according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三実施形態によるSPM用スキャナ
を示している。
FIG. 3 shows an SPM scanner according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第三実施形態による別のSPM用スキ
ャナを示している。
FIG. 4 illustrates another SPM scanner according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第三実施形態による更に別のSPM用
スキャナを示している。
FIG. 5 illustrates yet another SPM scanner according to a third embodiment of the present invention.

【図6】既に広く知られている円筒型圧電素子を用いた
スキャナいわゆるチューブスキャナを示している。
FIG. 6 shows a so-called tube scanner using a widely known cylindrical piezoelectric element.

【図7】既に広く知られている積層型圧電素子を用いた
スキャナいわゆるトライポッドスキャナを示している。
FIG. 7 shows a so-called tripod scanner using a well-known laminated piezoelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 SPM用スキャナ 110 円筒型圧電素子 120 積層型圧電素子 130 連結部材 140 取り付け部材 150 カンチレバー支持部材 Scanner for 100 SPM 110 Cylindrical piezoelectric element 120 Multilayer piezoelectric element 130 Connection member 140 Mounting member 150 cantilever support member

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SPM(走査型プローブ顕微鏡)用スキ
ャナであり、XY方向に変位発生する円筒型圧電素子
と、Z方向に変位発生する積層型圧電素子とを備えてお
り、円筒型圧電素子と積層型圧電素子はZ方向に直列に
一体化されている、SPM用スキャナ。
1. A scanner for an SPM (scanning probe microscope), comprising a cylindrical piezoelectric element that is displaced in the XY directions and a laminated piezoelectric element that is displaced in the Z direction. A scanner for SPM in which multilayer piezoelectric elements are integrated in series in the Z direction.
【請求項2】 請求項1において、積層型圧電素子はZ
方向に延びる貫通穴を有し、積層型圧電素子の貫通穴と
円筒型圧電素子の内側の空間は互いに連絡しており、そ
れらは共働してSPM用スキャナの全体にわたりZ方向
に延びる空洞を形成している、SPM用スキャナ。
2. The laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein
Has a through hole extending in the same direction, the through hole of the laminated piezoelectric element and the space inside the cylindrical piezoelectric element communicate with each other, and they cooperate to form a cavity extending in the Z direction over the entire SPM scanner. Forming the scanner for SPM.
【請求項3】 請求項2において、空洞内に配置された
レンズを更に備えている、SPM用スキャナ。
3. The scanner for SPM according to claim 2, further comprising a lens disposed in the cavity.
JP2002124421A 2002-04-25 2002-04-25 Scanner for spm Pending JP2003315239A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002124421A JP2003315239A (en) 2002-04-25 2002-04-25 Scanner for spm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002124421A JP2003315239A (en) 2002-04-25 2002-04-25 Scanner for spm

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003315239A true JP2003315239A (en) 2003-11-06

Family

ID=29539469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002124421A Pending JP2003315239A (en) 2002-04-25 2002-04-25 Scanner for spm

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003315239A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007142292A (en) * 2005-11-22 2007-06-07 Advanced Mask Inspection Technology Kk Substrate inspection apparatus
JP2008051798A (en) * 2006-07-27 2008-03-06 Sii Nanotechnology Inc Piezoelectric actuator and scanning probe microscope using the same
JP2009162772A (en) * 2009-03-09 2009-07-23 Canon Inc Scanning probe device
US7569817B2 (en) 2005-12-22 2009-08-04 Canon Kabushiki Kaisha Scanning probe apparatus
US20100306885A1 (en) * 2006-08-15 2010-12-02 Georgia Tech Research Corporation Cantilevers with Integrated Actuators for Probe Microscopy
US8115367B2 (en) * 2007-11-26 2012-02-14 Sii Nanotechnology Inc. Piezoelectric actuator provided with a displacement meter, piezoelectric element, and positioning device
EP3462181A1 (en) * 2017-10-02 2019-04-03 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Z-position motion stage for use in a scanning probe microscopy system, scan head and method of manufacturing

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007142292A (en) * 2005-11-22 2007-06-07 Advanced Mask Inspection Technology Kk Substrate inspection apparatus
US7569817B2 (en) 2005-12-22 2009-08-04 Canon Kabushiki Kaisha Scanning probe apparatus
US8035089B2 (en) 2005-12-22 2011-10-11 Canon Kabushiki Kaisha Scanning probe apparatus
JP2008051798A (en) * 2006-07-27 2008-03-06 Sii Nanotechnology Inc Piezoelectric actuator and scanning probe microscope using the same
US20100306885A1 (en) * 2006-08-15 2010-12-02 Georgia Tech Research Corporation Cantilevers with Integrated Actuators for Probe Microscopy
US8321959B2 (en) * 2006-08-15 2012-11-27 Georgia Tech Research Corporation Cantilevers with integrated piezoelectric actuators for probe microscopy
US8115367B2 (en) * 2007-11-26 2012-02-14 Sii Nanotechnology Inc. Piezoelectric actuator provided with a displacement meter, piezoelectric element, and positioning device
JP2009162772A (en) * 2009-03-09 2009-07-23 Canon Inc Scanning probe device
EP3462181A1 (en) * 2017-10-02 2019-04-03 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Z-position motion stage for use in a scanning probe microscopy system, scan head and method of manufacturing
WO2019070120A1 (en) * 2017-10-02 2019-04-11 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Z-position motion stage for use in a scanning probe microscopy system, scan head and method of manufacturing
US11035879B2 (en) 2017-10-02 2021-06-15 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Z-position motion stage for use in a scanning probe microscopy system, scan head and method of manufacturing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4797150B2 (en) Scanning mechanism and mechanical scanning microscope using the same
US5705878A (en) Flat scanning stage for scanned probe microscopy
JP5290211B2 (en) High speed scanning SPM scanner and operation method thereof
US6861649B2 (en) Balanced momentum probe holder
US6953927B2 (en) Method and system for scanning apertureless fluorescence microscope
CN103562732B (en) Scanning probe microscopy with compact scanner
US7631547B2 (en) Scanning probe apparatus and drive stage therefor
US7690047B2 (en) Scanning probe apparatus
JP2009075309A (en) Optical scanning element and driving method for the same, and optical scanning probe employing optical scanning element
US8035089B2 (en) Scanning probe apparatus
US20070152144A1 (en) Method and system for scanning apertureless fluorescence microscope
JP2002112562A (en) Driving unit
JP2003315239A (en) Scanner for spm
US7765606B2 (en) Scanning probe apparatus
US6437343B1 (en) Scanner system and piezoelectric micro-inching mechansim used in scanning probe microscope
JP2006132969A (en) Surface property measuring probe and microscope using it
JPH1010140A (en) Scanning probe microscope
JPH0868799A (en) Scanning type probe microscope
KR20210004733A (en) Optical Fiber Probe
JP2001116677A (en) Scanning probe microscope
JP2001108595A (en) Microregion scanning apparatus
JP2006194678A (en) Scanner and scanning probe microscope
JP2004257849A (en) Scanning mechanism for scanning probe microscope, and scanning probe microscope
JP2006250852A (en) Scanner, and scanning probe microscope
JPH03171750A (en) Fine movement mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060509

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061003