JP3104889B2 - 圧電素子を用いたトンネル電子顕微鏡用xyスキャナテーブル - Google Patents

圧電素子を用いたトンネル電子顕微鏡用xyスキャナテーブル

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JP3104889B2
JP3104889B2 JP20415092A JP20415092A JP3104889B2 JP 3104889 B2 JP3104889 B2 JP 3104889B2 JP 20415092 A JP20415092 A JP 20415092A JP 20415092 A JP20415092 A JP 20415092A JP 3104889 B2 JP3104889 B2 JP 3104889B2
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俊郎 樋口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子を用いたXY
スキャナテーブルに係り、特にSTM(走査型トンネル
顕微鏡)に用いられるXYスキャナテーブルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、このようなSTMに用いられるス
キャナとしては、以下に示すようなものがあった。 (1)XYZの3軸が連動するタイプ これはSTMのスキャナに一般的に使われているタイプ
であり、図6に示すように、トライポッドと呼ばれてい
るものや、図7に示すように、円筒形のものが代表的で
ある。
【0003】図6において、ベース1上に載置された試
料2は、XY方向駆動圧電素子Px,Py 3とZ方向駆
動圧電素子Pz 4によって支持部材5を介して駆動され
る探針6を具備している。aは走査の軌跡である。ま
た、図7において、ベース1上に載置された試料2はX
Y方向駆動圧電素子Px1,Py17、Px2,Py28によっ
て駆動される探針9を具備している。bは走査の軌跡で
ある。
【0004】これらの図に示すように、試料2の表面に
沿ってXY方向に走査を行うと、その走査面は必ず曲面
となる。そのため、走査範囲が広くなる程、STM像中
に含まれる誤差は大きくなる。そのために、この方式は
観察用STMのみの用途としてしか使用できない。 (2)スキャナに微小XYテーブルを用いるタイプ 上記の問題を解決するためには、図8に示すように、X
Yテーブル11のXY走査はXY方向駆動圧電素子1
2,13で行い、探針14のZ軸制御は別個のZ方向駆
動圧電素子P2 15で行わせるようにすればよい。この
ように構成すると、走査面は試料16に対して平面であ
るので走査によるSTM像の歪みは、原理上、発生しな
い。cは走査の軌跡である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのた
めには走査に用いる微少XYテーブルが正確に移動しな
ければならない。図9は従来の圧電素子を用いたXYテ
ーブル式スキャナの例である。この図に示すように、テ
ーブル21の四方に圧電素子PX122,PY123,P X2
24,PY225を取り付け、向かい合う圧電素子をプッ
シュプルに駆動し、X方向変位とY方向変位を独立して
制御するようにしている。この構成においても走査範囲
を広くとると、図10に示すように、テーブル21が周
辺にきたとき、X軸とY軸の動きに干渉が起きてしま
う。その結果、探針の走査の軌跡に歪みが生じ、直ちに
STM像の歪みにつながってくる。
【0006】本発明は、上記問題点を除去し、いかなる
走査範囲においても誤差のない移動真直度が良好な走査
中の探針の姿勢安定性の良い圧電素子を用いたトンネル
電子顕微鏡用XYスキャナテーブルを提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、圧電素子を用いたトンネル電子顕微鏡用
XYスキャナテーブルにおいて、テーブルと、該テーブ
ルのX方向の両側面に取り付けられる第1及び第2のX
方向駆動圧電素子と、該第1及び第2のX方向駆動圧電
素子の端面に取り付けられる第1及び第2の連結部材
と、該第1及び第2の連結部材のそれぞれのY方向の両
側面に取り付けられる一対の第1及び第2のY方向駆動
圧電素子と、該一対の第1及び第2のY方向駆動圧電素
子の端面に取り付けられる第1及び第2の固定部とを設
け、前記X方向駆動圧電素子の駆動による前記テーブル
の移動と前記Y方向駆動圧電素子の駆動による前記テー
ブルの移動の間で干渉をなくすようにしたものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、上記したように、X方向駆動
圧電素子の駆動による前記テーブルの移動と前記Y方向
駆動圧電素子の駆動による前記テーブルの移動の間で干
渉をなくすようにしたので、いかなる走査範囲において
も誤差のない移動真直度が良好で、歪みのない正確なS
TM像を得ることができる圧電素子を用いたトンネル電
子顕微鏡用XYスキャナテーブルを得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。図1は本発明の実施例を示す圧電素子を
用いたSTM用XYスキャナテーブルの平面図、図2は
そのXYスキャナテーブルの右側面図、図3は図1のA
−A線断面図である。
【0010】これらの図に示すように、テーブル30の
左右にはX方向駆動圧電素子31,32が固定され、そ
れらのX方向駆動圧電素子PX131,PX232のそれぞ
れの他端にはブロック状の連結部材33,34が取り付
けられている。また、それらのブロック状の連結部材3
3,34の両側面にはY方向駆動圧電素子Py135,P
y237とPy136,Py238がそれぞれ取り付けられて
いる。更に、Y方向駆動圧電素子Py135とPy136の
他端は第1の固定部41に、Y方向駆動圧電素子Py2
7とPy238の他端は、第2の固定部42にそれぞれ取
り付けられている。
【0011】このように、テーブル30、圧電素子PX1
31,PX232、ブロック状の連結部材33,34及び
圧電素子Py135,Py237,Py136,Py238をH
形に並べ、1次元テーブルを2重に構成することによ
り、図のようにXY干渉の無い動作を行わせることがで
きる。 以下、本発明のSTM用XYスキャナテーブル
の動作を図4及び図5を用いて説明する。
【0012】図4は本発明の実施例を示す圧電素子を用
いたSTM用XYスキャナテーブルのX方向移動説明図
であり、図4(a)はそのSTM用XYスキャナテーブ
ルの平面図、図4(b)はそのSTM用XYスキャナテ
ーブルの右側面図、図4(c)は図4(a)のB−B線
断面図である。これらの図に示すように、XYスキャナ
テーブルをX方向に移動させる場合には、圧電素子31
を伸長させるとともに、圧電素子32を収縮させる。つ
まり、プッシュプル動作を行わせることにより、テーブ
ル30をX方向に移動させることができる。
【0013】図5は本発明の実施例を示す圧電素子を用
いたSTM用XYスキャナテーブルのY方向移動説明図
であり、図5(a)はその圧電素子を用いたSTM用X
Yスキャナテーブルの平面図、図5(b)はその圧電素
子を用いたSTM用XYスキャナテーブルの右側面図、
図5(c)は図5(a)のC−C線断面図である。次
に、これらの図に示すように、XYスキャナテーブルを
Y方向に移動させる場合には、圧電素子35,36を伸
長させるとともに、圧電素子37,38を収縮させる。
つまり、プッシュプル動作を行わせることにより、テー
ブル30をY方向に移動させることができる。
【0014】なお、2次元スキャナとして用いる場合
は、往復運動させる方向を中央の慣性質量の少ない方向
(図中ではX方向)にして走査を行わせる。ところで、
STM用XYスキャナテーブルの場合、STMにおいて
正確な像を得るためには、探針を動かす時にXYZの3
軸方向にそれぞれ干渉せずに独立して動作させることが
必要となる。その場合、Z軸とXY軸とは前述のように
スキャナテーブル式とすることにより、独立にできるの
で、要は、XYの2軸が干渉せず移動真直度の良い微少
テーブルを使用すればよい。
【0015】特に、このようにな観点から、本発明のS
TM用XYスキャナテーブルは、STMを用いての比較
測長や位置決めを行う超微細STM用XYスキャナテー
ブルとして好適である。なお、本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の
変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除する
ものではない。
【0016】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。 (1)いかなる走査範囲においても誤差のない移動真直
度が良好で、歪みのない正確なSTM像を得ることがで
きる圧電素子を用いたSTM用XYスキャナテーブルを
得ることができる。 (2)また、STMにおいては、探針と試料間のギャッ
プを一定に保ちながら試料表面を2次元的に走査するこ
とで、試料の3次元形状を得ている。そのため、走査面
の歪みが得られるSTM像の歪みと直接結びついてお
り、走査を行なわせるスキャナの設計には注意が必要で
ある。特に、STMを用いての比較測長や位置決めを行
う場合には、同時に二つのSTM観察を行なうため、ス
キャナによるSTM像の歪みは最小に抑えなければなら
ない。
【0017】このような観点から、本発明のSTM用X
Yスキャナテーブルは、STMを用いての比較測長や位
置決めを行うナノメータオーダーの超微細STMのXY
スキャナテーブルとして好適である。その結果、これま
では観察用途が主であったSTMを測定装置の分野にま
で広げていくことが可能となる。
【0018】更には、STMによる原子レベルの位置決
め技術を応用すれば、小形で超高分解能な微少XYテー
ブルとしての使用もでき、ナノマシニング分野への発展
が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す圧電素子を用いたSTM
用XYスキャナテーブルの平面図である。
【図2】本発明の実施例を示す圧電素子を用いたSTM
用XYスキャナテーブルの右側面図である。
【図3】図1のA−A線断面図である。
【図4】本発明の実施例を示す圧電素子を用いたSTM
用XYスキャナテーブルのX方向移動説明図である。
【図5】本発明の実施例を示す圧電素子を用いたSTM
用XYスキャナテーブルのY方向移動説明図である。
【図6】従来のXYZの3軸が連動するトライポッドス
キャナを示す図である。
【図7】従来の円筒形スキャナを示す図である。
【図8】従来のテーブル式スキャナを示す図である。
【図9】従来のXYテーブル式スキャナを示す平面図で
ある。
【図10】従来のXYテーブル式スキャナのX方向移動
説明図である。
【符号の説明】
30 テーブル 31,32 X方向駆動圧電素子 33,34 ブロック状の連結部材 35,37,36,38 Y方向駆動圧電素子 41 第1の固定部 42 第2の固定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西沖 暢久 神奈川県川崎市高津区諏訪53−5 リバ ーハイツ多摩川105号 (56)参考文献 特開 昭63−153404(JP,A) 特開 平1−287403(JP,A) 特開 平4−60402(JP,A) 国際公開89/1603(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01B 21/00 - 21/32 G12B 1/00 - 17/08 H01L 41/08 H02N 1/00 - 15/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)テーブルと、(b)該テーブルのX
    方向の両側面に取り付けられる第1及び第2のX方向駆
    動圧電素子と、(c)該第1及び第2のX方向駆動圧電
    素子の端面に取り付けられる第1及び第2の連結部材
    と、(d)該第1及び第2の連結部材のそれぞれのY方
    向の両側面に取り付けられる一対の第1及び第2のY方
    向駆動圧電素子と、(e)該一対の第1及び第2のY方
    向駆動圧電素子の端面に取り付けられる第1及び第2の
    固定部とを設け、(f)前記X方向駆動圧電素子の駆動
    による前記テーブルの移動と前記Y方向駆動圧電素子の
    駆動による前記テーブルの移動の間での干渉をなくすよ
    うにしたことを特徴とする圧電素子を用いたトンネル電
    子顕微鏡用XYスキャナテーブル。
  2. 【請求項2】 前記圧電素子は対向する圧電素子間でプ
    ッシュプル動作を行う請求項1記載の圧電素子を用いた
    STM用XYスキャナテーブル。
  3. 【請求項3】 前記圧電素子は超微小駆動用圧電素子で
    ある請求項1記載の圧電素子を用いたトンネル電子顕微
    鏡用XYスキャナテーブル。
  4. 【請求項4】 第1及び第2の連結部材はブロック状の
    連結部材である請求項1記載の圧電素子を用いたトンネ
    ル電子顕微鏡用XYスキャナテーブル。
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