JPH03146801A - ピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構 - Google Patents
ピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構Info
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- JPH03146801A JPH03146801A JP28682589A JP28682589A JPH03146801A JP H03146801 A JPH03146801 A JP H03146801A JP 28682589 A JP28682589 A JP 28682589A JP 28682589 A JP28682589 A JP 28682589A JP H03146801 A JPH03146801 A JP H03146801A
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims description 16
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- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Landscapes
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構に関し 特
に高分解能でかつ広域にわたる材料表面の形状を観察す
るために用いられる走査型トンネル顕微鏡装置のピエゾ
駆動型探針ユニット粗動機構に関するものである。
に高分解能でかつ広域にわたる材料表面の形状を観察す
るために用いられる走査型トンネル顕微鏡装置のピエゾ
駆動型探針ユニット粗動機構に関するものである。
従来の技術
従来の走査型トンネル顕微鏡装置（以下、ＳＴＭと略称
する）は探針を移動させる機構としてピエゾ駆動（微動
）と、手動またはモーター駆動（粗動）とから構成され
る機構が用いられていた（例えば 昭和６１年度 分析
評価技術委員会報告書ＦＥＤ−５４，第４章、第２節−
９財団法人新機能素子研究開発協会）。しかし 測定対
象である試料表面の凹凸が大きい場合には瞬時に探針を
引き上げて試料表面と探針先端との接触を回避する必要
があり、手動またはモーター駆動の手段では瞬時の引き
上げは極めて困難で両者の接触は避けられなし１ 従っ
て、得られるＳＴＭ像も試料表面の大きな凹凸を忠実に
反映したものではなく、乱れた形態を示すという欠点を
有していた 第２図に従来の粗動機構の一例を示す。試料台１８上に
固定された試料１７表面上に約１０オングストローム程
の極微小間隔を隔てて設置された探針１５は探針固定台
１６を介してチューブタイプの三次元ピエゾ駆動素子１
３に固定されていもさらに 三次元ピエゾ駆動素子１３
は剛体１４に三次元ピエゾ駆動素子固定治具１９で固定
されている。この剛体１４は２個の手動のねじ２０．２
１および１個のステッピングモーター２３の軸と連動さ
せたねじ２２の３点で支持さ札 探針１５の粗動機構を
構成している。通常は試料１７表面上の原子スケールの
凹凸は三次元ピエゾ駆動素子１３に具備されているＺ方
向のピエゾ駆動素子で探針１５を微動させて更にＸ−Ｙ
方向のピエゾ駆動による走査により得られている。
する）は探針を移動させる機構としてピエゾ駆動（微動
）と、手動またはモーター駆動（粗動）とから構成され
る機構が用いられていた（例えば 昭和６１年度 分析
評価技術委員会報告書ＦＥＤ−５４，第４章、第２節−
９財団法人新機能素子研究開発協会）。しかし 測定対
象である試料表面の凹凸が大きい場合には瞬時に探針を
引き上げて試料表面と探針先端との接触を回避する必要
があり、手動またはモーター駆動の手段では瞬時の引き
上げは極めて困難で両者の接触は避けられなし１ 従っ
て、得られるＳＴＭ像も試料表面の大きな凹凸を忠実に
反映したものではなく、乱れた形態を示すという欠点を
有していた 第２図に従来の粗動機構の一例を示す。試料台１８上に
固定された試料１７表面上に約１０オングストローム程
の極微小間隔を隔てて設置された探針１５は探針固定台
１６を介してチューブタイプの三次元ピエゾ駆動素子１
３に固定されていもさらに 三次元ピエゾ駆動素子１３
は剛体１４に三次元ピエゾ駆動素子固定治具１９で固定
されている。この剛体１４は２個の手動のねじ２０．２
１および１個のステッピングモーター２３の軸と連動さ
せたねじ２２の３点で支持さ札 探針１５の粗動機構を
構成している。通常は試料１７表面上の原子スケールの
凹凸は三次元ピエゾ駆動素子１３に具備されているＺ方
向のピエゾ駆動素子で探針１５を微動させて更にＸ−Ｙ
方向のピエゾ駆動による走査により得られている。
発明が解決しようとする課題
この賑 極めて大きく急峻な凹凸があるとＺ方向のピエ
ゾ駆動素子だけでは吸収しきれず、更に上記粗動機構で
は追従できない高速応答性が必要とされるのでしばしば
探針１５と試料１７表面とが接触してしまう。
ゾ駆動素子だけでは吸収しきれず、更に上記粗動機構で
は追従できない高速応答性が必要とされるのでしばしば
探針１５と試料１７表面とが接触してしまう。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、大きく急
峻な凹凸がある試料表面を測定する際に探針と試料表面
とが接触しないピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構を提
供することを目的とする。
峻な凹凸がある試料表面を測定する際に探針と試料表面
とが接触しないピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構を提
供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は 三次元ピエゾ駆動素子が固定された剛体を電
磁石とバネを用いてＺ方向に位置制御するものである。
磁石とバネを用いてＺ方向に位置制御するものである。
作用
本発明（よ 上述の構成により剛体は電気的にスイッチ
ングされ 瞬時に粗動が実現される。大きく急峻な凹凸
がある試料表面をＳＴＭで測定する際に探針と試料表面
とが接触しない粗動機構を実現でき、ＳＴＭにおける凹
凸段差測定のダイナミックレンジを向上させる効果を有
する。
ングされ 瞬時に粗動が実現される。大きく急峻な凹凸
がある試料表面をＳＴＭで測定する際に探針と試料表面
とが接触しない粗動機構を実現でき、ＳＴＭにおける凹
凸段差測定のダイナミックレンジを向上させる効果を有
する。
実施例
以下に本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の一実施例におけるピエゾ駆動型探針ユ
ニット粗動機構を示す断面図である。
ニット粗動機構を示す断面図である。
図において、デユープタイプの三次元ピエゾ駆動素子１
がピエゾ駆動素子固定治具１２により剛体２に固定され
ている。剛体２は 一方は回転式支点１１で試料５が固
定された試料台６に支持され 他方は２個のバネ７．９
を介して試料台６に支持されている。バネ７．９の両端
には電磁石８，８″および１０．１０’が配置されてい
る。また 電磁石８．ＩＯ及び８°、１０°はそれぞれ
剛体２及び試料台６内部に設置されている。探針３は探
針固定台４を介してピエゾ駆動素子１に固定されている
。バネ７．９は剛体２と試料台６とを離す機能を有し
電磁石８，８゛及び１０．１０’ は互いに吸引される
方向に設定され バネ７．９に抗して両者を接近させる
機能を有する。そのた△ バネ７と電磁石８，８′、及
びバネ９と電磁石１０．１０により探針３と試料５表面
との距離が一定に保たれる。従来では試料５表面に大き
く急峻な凹凸があると、Ｚ方向のピエゾ駆動素子では吸
収しきれず、探針３と試料５表面とが操作中に接触して
しまう。−力木実施例で４ｉＳＴＭで測定したトンネル
電流値が設定値を大幅に越えるので、探針３と試料５表
面とが接触する瞬間に電磁石の印可電圧にフィードバッ
クがかけられ 探針３と試料５間を流れるトンネル電流
が一定になるまで吸弓力が作用していた電磁石８，８°
及び１０．１０’の印加電圧を減少させ、バネ７．８に
よる斥力を増加させる。その結電 剛体２は回転式支点
１１に対して瞬時に上方に持ち上げられ 探針３と試料
５表面との衝突は回避される。電磁石８，８′及び１０
．１０’ はトンネル電流検出機構にフィードバックが
かかるように制御回路に接続されており、測定電流値が
設定電流値を大幅、に下回ると再び速やかに電磁石８，
８′及び１０．１０’が通常状態に戻り、吸引状態とな
る。以上の説明から明らかなように 本実施例では探針
３と試料５表面とが接触しない粗動機構が実現さｈ
ＳＴＭにおける凹凸段差測定のダイナミックレンジを向
上させる効果が得られる。
がピエゾ駆動素子固定治具１２により剛体２に固定され
ている。剛体２は 一方は回転式支点１１で試料５が固
定された試料台６に支持され 他方は２個のバネ７．９
を介して試料台６に支持されている。バネ７．９の両端
には電磁石８，８″および１０．１０’が配置されてい
る。また 電磁石８．ＩＯ及び８°、１０°はそれぞれ
剛体２及び試料台６内部に設置されている。探針３は探
針固定台４を介してピエゾ駆動素子１に固定されている
。バネ７．９は剛体２と試料台６とを離す機能を有し
電磁石８，８゛及び１０．１０’ は互いに吸引される
方向に設定され バネ７．９に抗して両者を接近させる
機能を有する。そのた△ バネ７と電磁石８，８′、及
びバネ９と電磁石１０．１０により探針３と試料５表面
との距離が一定に保たれる。従来では試料５表面に大き
く急峻な凹凸があると、Ｚ方向のピエゾ駆動素子では吸
収しきれず、探針３と試料５表面とが操作中に接触して
しまう。−力木実施例で４ｉＳＴＭで測定したトンネル
電流値が設定値を大幅に越えるので、探針３と試料５表
面とが接触する瞬間に電磁石の印可電圧にフィードバッ
クがかけられ 探針３と試料５間を流れるトンネル電流
が一定になるまで吸弓力が作用していた電磁石８，８°
及び１０．１０’の印加電圧を減少させ、バネ７．８に
よる斥力を増加させる。その結電 剛体２は回転式支点
１１に対して瞬時に上方に持ち上げられ 探針３と試料
５表面との衝突は回避される。電磁石８，８′及び１０
．１０’ はトンネル電流検出機構にフィードバックが
かかるように制御回路に接続されており、測定電流値が
設定電流値を大幅、に下回ると再び速やかに電磁石８，
８′及び１０．１０’が通常状態に戻り、吸引状態とな
る。以上の説明から明らかなように 本実施例では探針
３と試料５表面とが接触しない粗動機構が実現さｈ
ＳＴＭにおける凹凸段差測定のダイナミックレンジを向
上させる効果が得られる。
発明の効果
本発明により探針と試料表面とが接触しない粗動機構が
実現さり、ＳＴＭにおける凹凸段差測定のダイナミック
レンジを向上させる効果が得られる。
実現さり、ＳＴＭにおける凹凸段差測定のダイナミック
レンジを向上させる効果が得られる。
第１図は本発明のピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構を
示す断面阻 第２図は従来のピエゾ駆動型探針ユニット
粗動機構を示す断面図である。 １．１３・・・チューブタイプの三次元ピエゾ駆動素子
、 ２，１４・・・剛体 ３，１５・・・裸鉄 ４，１
６・・・探針固定台、 ５．１７・・・試料、 ６，１
８・・・試料台、 ７゜９・・・バネ ８．８’ 、１
０．１０’ ・・・電磁、Ｋ １１・・・剛体固定支４
１２．１９・・・三次元ピエゾ駆動素子固定治Ｊｉ１．
２０．２１・・・手動ねム ２２・・・ステッピングモ
ーターの軸と連動させたねよ ２３・・・ステッピング
モータコ
示す断面阻 第２図は従来のピエゾ駆動型探針ユニット
粗動機構を示す断面図である。 １．１３・・・チューブタイプの三次元ピエゾ駆動素子
、 ２，１４・・・剛体 ３，１５・・・裸鉄 ４，１
６・・・探針固定台、 ５．１７・・・試料、 ６，１
８・・・試料台、 ７゜９・・・バネ ８．８’ 、１
０．１０’ ・・・電磁、Ｋ １１・・・剛体固定支４
１２．１９・・・三次元ピエゾ駆動素子固定治Ｊｉ１．
２０．２１・・・手動ねム ２２・・・ステッピングモ
ーターの軸と連動させたねよ ２３・・・ステッピング
モータコ
Claims (1)
- 三次元ピエゾ駆動素子が固定された剛体を電磁石とバ
ネを用いてＺ方向に位置制御することを特徴とするピエ
ゾ駆動型探針ユニット粗動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28682589A JPH03146801A (ja) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | ピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28682589A JPH03146801A (ja) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | ピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03146801A true JPH03146801A (ja) | 1991-06-21 |
Family
ID=17709524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28682589A Pending JPH03146801A (ja) | 1989-11-01 | 1989-11-01 | ピエゾ駆動型探針ユニット粗動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03146801A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112230114A (zh) * | 2019-06-27 | 2021-01-15 | 细美事有限公司 | 用于测试半导体器件的装置和方法 |
| CN112229298A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-15 | 徐州工程学院 | 一种自走式回转支承齿跳检测装置 |
-
1989
- 1989-11-01 JP JP28682589A patent/JPH03146801A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112230114A (zh) * | 2019-06-27 | 2021-01-15 | 细美事有限公司 | 用于测试半导体器件的装置和方法 |
| CN112229298A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-15 | 徐州工程学院 | 一种自走式回转支承齿跳检测装置 |
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