JPH08211074A - Probe microscope - Google Patents

Probe microscope

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JPH08211074A
JPH08211074A JP1822595A JP1822595A JPH08211074A JP H08211074 A JPH08211074 A JP H08211074A JP 1822595 A JP1822595 A JP 1822595A JP 1822595 A JP1822595 A JP 1822595A JP H08211074 A JPH08211074 A JP H08211074A
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JP
Japan
Prior art keywords
base
piezoelectric body
fine movement
movement mechanism
cantilever
Prior art date
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Pending
Application number
JP1822595A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Murayama
健 村山
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08211074A publication Critical patent/JPH08211074A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a probe microscope which can automatically switch between a plurality of probes or a cantilever without any interference between axes and can perform high-speed scanning. CONSTITUTION: A fine-adjustment mechanism 1 consists of a cylindrical piezoelectric body 2 and a plurality of electrodes 3X1 -3Y4 and the scanning in the direction of X and Y axes and the displacement in the direction of Z axis are performed by applying a specific voltage to the electrodes 3X1 -3Y4 . A base 21 with a plurality of cantilevers 4 (a probe 5 is fixed to the tip) which are fixed in parallel in the direction of Y axis is pressed against the free edge of the piezoelectric body 2. By applying a specific voltage to the electrodes 3X3 -3Y4 , the base 21 is moved in the direction of Y axis based on the principles of ultrasonic wave motor using the piezoelectric body 2, thus replacing the cantilevers 4 by new ones.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体の微細な表面形状
やその他の微小物理量を測定するのに用いられるプロー
ブ顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a probe microscope used for measuring a fine surface shape of an object and other minute physical quantities.

【0002】[0002]

【従来の技術】プローブ顕微鏡には、検出物理量により
トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡等があ
り、原子オーダの測定分解能を有し、各種被検体の形状
計測等の各種分野に適用されている。このようなプロー
ブ顕微鏡のうち、原子間力顕微鏡を図により説明する。
2. Description of the Related Art As a probe microscope, there are tunnel microscopes, atomic force microscopes, magnetic force microscopes, etc. depending on the detected physical quantity, and they have a measurement resolution of atomic order and are applied to various fields such as shape measurement of various objects. ing. Among such probe microscopes, an atomic force microscope will be described with reference to the drawings.

【0003】図12は原子間力顕微鏡の側面図、図13
は図12に示す線XIII −XIII に沿う断面図である。
各図で、X、Y、Zは座標軸を示す。1は微動機構であ
り、この微動機構1は、円筒形状の圧電体2およびこの
圧電体2に貼着、蒸着等により配置された複数の電極で
構成されている。これら電極のうち、電極3X1 、3X
2 は圧電体2の上部においてX軸方向に対向して配置さ
れた対向電極、電極3X3 、3X4 は圧電体2の下部に
おいてX軸方向に対向して配置された対向電極、電極3
1 、3Y2 は圧電体2の上部においてY軸方向に対向
して配置された対向電極、電極3Y3 、3Y4 は圧電体
2の下部においてY軸方向に対向して配置された対向電
極、3Zは圧電体2の中間においてその全周に配置され
た電極である。図13に示すように、圧電体2の内面全
周には共通電極3Cが配置されている。このような微動
機構1は例えば特開平2−266201号公報等で開示
されている。
FIG. 12 is a side view of the atomic force microscope, and FIG.
FIG. 13 is a sectional view taken along line XIII-XIII shown in FIG. 12.
In each figure, X, Y, and Z indicate coordinate axes. Reference numeral 1 denotes a fine movement mechanism. The fine movement mechanism 1 is composed of a cylindrical piezoelectric body 2 and a plurality of electrodes arranged on the piezoelectric body 2 by sticking, vapor deposition or the like. Of these electrodes, electrodes 3X 1 , 3X
2 counter electrode arranged opposite to the X-axis direction in the upper portion of the piezoelectric body 2, the electrode 3X 3, 3X 4 counter electrode arranged opposite to the X-axis direction in the lower part of the piezoelectric body 2, electrodes 3
Y 1 and 3Y 2 are counter electrodes arranged above the piezoelectric body 2 so as to face each other in the Y-axis direction, and electrodes 3Y 3 and 3Y 4 are counter electrodes arranged so as to face each other below the piezoelectric body 2 in the Y-axis direction. 3Z is an electrode arranged in the middle of the piezoelectric body 2 and around the entire circumference thereof. As shown in FIG. 13, a common electrode 3C is arranged around the entire inner surface of the piezoelectric body 2. Such a fine movement mechanism 1 is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-266201.

【0004】4はカンチレバー、5はカンチレバー4の
先端に固定された探針、6はカンチレバー4を微動機構
1の端部に固定する固定部材である。7はこの原子間力
顕微鏡の測定対象である被検体を示し、探針5をnmオ
ーダ間隔で対応させることによりその表面形状が測定さ
れる。8はレーザ発信機、9は光検出器であり、図に二
点鎖線で示すように、レーザ発信機8からのレーザ光を
カンチレバー4の背面に反射させ、その反射光を光検出
器9で検出する。
Reference numeral 4 is a cantilever, 5 is a probe fixed to the tip of the cantilever 4, and 6 is a fixing member for fixing the cantilever 4 to the end of the fine movement mechanism 1. Reference numeral 7 denotes an object to be measured by the atomic force microscope, and the surface shape of the object is measured by making the probes 5 correspond to each other at intervals of nm order. Reference numeral 8 is a laser oscillator, and 9 is a photodetector. As shown by the chain double-dashed line in the figure, the laser beam from the laser oscillator 8 is reflected on the back surface of the cantilever 4, and the reflected light is detected by the photodetector 9. To detect.

【0005】上記の構成において、圧電体2は、+極性
の電圧を印加すると伸長し、−極性の電圧を印加すると
縮む。そこで、微動機構1の共通電極3Cを0ボルト
(V)とし、電極3X1 に+E(V)、電極3X2 に−
E(V)、電極3X3 に−E(V)、電極3X4 に+E
(V)を印加すると、圧電体2は図12に破線で示すよ
うに変形する。この結果、探針5はX軸方向に距離xだ
け変位する。通常、微動機構の寸法は数10mm、変位
は数μm〜100μmの領域であり、このことから判る
ように、図に示す破線の変形は誇張して描かれている。
In the above structure, the piezoelectric body 2 expands when a positive polarity voltage is applied, and contracts when a negative polarity voltage is applied. Therefore, the common electrode 3C of the fine movement mechanism 1 is set to 0 volt (V), the electrode 3X 1 is + E (V), and the electrode 3X 2 is −.
E (V), -E (V ) to the electrode 3X 3, the electrode 3X 4 + E
When (V) is applied, the piezoelectric body 2 is deformed as shown by the broken line in FIG. As a result, the probe 5 is displaced by the distance x in the X-axis direction. Usually, the size of the fine movement mechanism is several tens of mm, and the displacement is in the region of several μm to 100 μm. As can be seen from this, the deformation of the broken line shown in the figure is exaggerated.

【0006】上記の構成においては、上側の対向電極と
下側の対向電極の極性を逆にして圧電体2の上部と下部
の変形モードを逆にすることにより、探針5の平行な変
位が可能となる。Y軸方向の変位についても電極3Y1
〜3Y4 に対して同様な電圧を印加することにより同様
に変位を行うことができる。上記各電極の電圧の大きさ
を変化させることにより、探針5のX、Y軸方向の走査
を正確に行うことができる。なお、電極3Zに電圧を印
加すると、その電圧に応じて圧電体2がZ軸方向に伸縮
する。
In the above structure, the polarities of the upper and lower counter electrodes are reversed and the deformation modes of the upper and lower portions of the piezoelectric body 2 are reversed, whereby the parallel displacement of the probe 5 is caused. It will be possible. For displacement in the Y-axis direction, electrode 3Y 1
It is possible to perform displacement in the same manner by applying the same voltage to ~3Y 4. By changing the magnitude of the voltage of each electrode, scanning of the probe 5 in the X and Y axis directions can be performed accurately. When a voltage is applied to the electrode 3Z, the piezoelectric body 2 expands and contracts in the Z-axis direction according to the voltage.

【0007】上記の手段を用いた走査の間、探針5と被
検体7との間に原子間力が作用すると、カンチレバー4
にたわみを生じ、このたわみの量はレーザ発信機8およ
び光検出器9により検出される。ここで、当該走査の
間、カンチレバー4の上記たわみの量を一定に保持する
ように電極3Zの電圧を制御して圧電体2を伸縮させる
と、この伸縮量(電圧)が被検体7の表面形状を表すこ
とになり、その測定ができる。このような測定におい
て、仮に、X、Y軸方向の走査を圧電体2の上部のみ又
は下部のみの変形で行うと、図に一点鎖線の矢印Aで示
すように探針5に円弧運動が生じ、X軸、Y軸方向に平
行な走査ができなくなり、被検体7の表面形状の高精度
の測定を行うことができなくなる。
When an atomic force acts between the probe 5 and the subject 7 during scanning using the above means, the cantilever 4
Bending is generated, and the amount of this bending is detected by the laser transmitter 8 and the photodetector 9. Here, when the piezoelectric body 2 is expanded / contracted by controlling the voltage of the electrode 3Z so as to keep the amount of the deflection of the cantilever 4 constant during the scanning, this expansion / contraction amount (voltage) is the surface of the subject 7. It represents the shape and can measure it. In such a measurement, if scanning in the X and Y axis directions is performed by deforming only the upper part or only the lower part of the piezoelectric body 2, an arc motion of the probe 5 occurs as shown by a dashed line arrow A in the figure. , It becomes impossible to perform scanning parallel to the X-axis and Y-axis directions, and the surface shape of the subject 7 cannot be measured with high accuracy.

【0008】ところで、プローブ顕微鏡は前述のよう
に、トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡等
種々の種類があり、例えばトンネル顕微鏡は電気特性の
測定に適し、原子間力顕微鏡は被検体表面の形状測定に
適し、磁気力顕微鏡は磁気特性の測定に適しており、こ
れら測定目的によりカンチレバー4が交換される。又、
探針形状にも種々の形状があり、例えば同じ原子間力顕
微鏡にあっても、種類の異なる、より一層測定に適した
カンチレバーや探針に交換する必要が生じる。このよう
なカンチレバーや探針の交換は人手によりなされていた
ので、交換に時間と手間を要するという問題がある。
As described above, there are various types of probe microscopes, such as tunnel microscopes, atomic force microscopes, magnetic force microscopes. For example, tunnel microscopes are suitable for measuring electrical characteristics, and atomic force microscopes are used for the surface of a subject. Is suitable for measuring the shape of the cantilever 4 and the magnetic force microscope is suitable for measuring the magnetic characteristics, and the cantilever 4 is exchanged for these measuring purposes. or,
There are various probe shapes, and even in the same atomic force microscope, it is necessary to replace with a different type of cantilever or probe that is more suitable for measurement. Since such replacement of the cantilever and the probe has been done manually, there is a problem that the replacement requires time and labor.

【0009】この問題を解決するため、自動交換手段が
例えば特開平5−157508号公報に開示されてい
る。このような自動交換手段の概略を図により説明す
る。図14は複数のカンチレバーを取り付けたベースの
平面図、図15は図14に示すベースを用いたプローブ
顕微鏡の側面図である。各図で、4はカンチレバー、5
は探針、11はカンチレバー4を複数固定したベースで
ある。1は図12に示すものと同じく走査用の微動機
構、7は微動機構1上に載置された被検体、12はXY
ステージ、13はXYステージ12上に固定された回転
機構、14はベース11を回転自在に支持する台部、1
5はベース11を台部14に押し付ける板ばねである。
回転機構13を回転させることにより、ベース11に固
定されているカンチレバー4が選択的に切り換えられ、
カンチレバー4又は探針5の交換を人手によらず自動的
に行うことができる。
In order to solve this problem, an automatic exchange means is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 157508/1993. The outline of such automatic exchange means will be described with reference to the drawings. 14 is a plan view of a base to which a plurality of cantilevers are attached, and FIG. 15 is a side view of a probe microscope using the base shown in FIG. In each figure, 4 is a cantilever, 5
Is a probe, and 11 is a base to which a plurality of cantilevers 4 are fixed. 1 is a fine movement mechanism for scanning as shown in FIG. 12, 7 is a subject placed on the fine movement mechanism 1, and 12 is XY.
A stage, 13 is a rotating mechanism fixed on the XY stage 12, 14 is a base for rotatably supporting the base 11, 1
Reference numeral 5 is a leaf spring for pressing the base 11 against the base portion 14.
By rotating the rotating mechanism 13, the cantilever 4 fixed to the base 11 is selectively switched,
The replacement of the cantilever 4 or the probe 5 can be automatically performed without manual labor.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記図15に示す構成
では、図12に示す構成のように微動機構1とカンチレ
バー4とが一体構成となっていないので、XYZ軸方向
への微動動作と回転による交換動作が軸間で干渉するこ
とになり好ましくない。又、図15に示す構成では、微
動機構1で被検体7を走査させる構成であるので、被検
体7が例えば8インチ(200mm)のシリコンウエハ
のように大きなものの場合、走査質量が大きいので高速
走査ができなくなり、測定に長時間を要するという問題
も生じる。
In the configuration shown in FIG. 15, since the fine movement mechanism 1 and the cantilever 4 are not integrally formed as in the configuration shown in FIG. 12, the fine movement operation and rotation in the XYZ axis directions are performed. It is not preferable because the replacement operation due to will interfere between the axes. Further, in the configuration shown in FIG. 15, since the subject 7 is scanned by the fine movement mechanism 1, when the subject 7 is a large one such as an 8 inch (200 mm) silicon wafer, the scanning mass is large and therefore the high speed is achieved. There is also a problem that scanning becomes impossible and it takes a long time for measurement.

【0011】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、軸間干渉なく複数の探針又はカンチレバー
を自動的に切り換えることができ、かつ、高速走査が可
能なプローブ顕微鏡を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems in the prior art and to provide a probe microscope capable of automatically switching a plurality of probes or cantilevers without inter-axis interference and capable of high-speed scanning. It is in.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、探針を複数個、又は探針
を固定したカンチレバーを複数個取り付けたベースを備
え、前記探針、又は前記カンチレバーを取換えて使用す
るプローブ顕微鏡において、筒体形状の圧電体およびこ
の圧電体に配置された複数の電極より成り当該圧電体の
一端が固定され多端が自由端である微動機構と、この微
動機構の前記自由端に前記ベースを移動自在に圧接する
圧接手段と、前記ベースが前記微動機構の自由端に圧接
された状態で当該ベースを駆動して前記探針又は前記カ
ンチレバーを切り換えるベース駆動手段とを設けたこと
を特徴とする。
To achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided with a base having a plurality of probes or a plurality of cantilevers to which the probes are fixed. In a probe microscope using the needle or the cantilever as a replacement, a fine movement mechanism comprising a cylindrical piezoelectric body and a plurality of electrodes arranged on the piezoelectric body, one end of which is fixed and the other end is a free end. And a pressing means for movably pressing the base to the free end of the fine movement mechanism, and driving the base with the base pressed against the free end of the fine movement mechanism to move the probe or the cantilever. And a base driving means for switching.

【0013】又、請求項5に記載の発明は、探針を複数
個、又は探針を固定したカンチレバーを複数個取り付け
たベースを備え、前記探針、又は前記カンチレバーを取
換えて使用するプローブ顕微鏡において、筒体形状の圧
電体およびこの圧電体に配置された複数の電極より成り
当該圧電体を変形させて微小変位を得る微動機構と、こ
の微動機構の一端に固定されて当該微動機構を回転させ
る回転機構と、前記ベースを前記微動機構の他端に固定
する固定手段と、前記探針又は前記カンチレバーの取換
え毎にその取換えに応じた座標の変換を行う座標変換手
段とを設けたことも特徴とする。
The invention according to claim 5 further comprises a probe having a plurality of probes or a plurality of cantilevers to which the probes are fixed, the probe being used by replacing the probes or the cantilevers. In a microscope, a fine movement mechanism that is made up of a cylindrical piezoelectric body and a plurality of electrodes arranged on the piezoelectric body to obtain a minute displacement by deforming the piezoelectric body, and the fine movement mechanism fixed to one end of the fine movement mechanism are A rotation mechanism for rotating, a fixing means for fixing the base to the other end of the fine movement mechanism, and a coordinate conversion means for converting coordinates according to the replacement each time the probe or the cantilever is replaced are provided. It is also characterized.

【0014】[0014]

【作用】請求項1の構成において、探針又はカンチレバ
ーの選択は、ベース駆動手段により圧接手段の圧力に抗
してベースを移動させ、当該ベースに取り付けられた探
針又はカンチレバーのうち、所要のものを所定の位置に
位置させることにより行う。この状態で、ベースは圧接
手段により微動機構に圧接されているので、微動機構を
動作させると、これと一体となって探針又はカンチレバ
ーも移動し所定の走査が行われる。
In the structure of claim 1, the selection of the probe or the cantilever is performed by moving the base against the pressure of the pressure contact means by the base driving means and selecting the required one of the probe or the cantilever attached to the base. This is done by placing things in place. In this state, the base is pressed against the fine movement mechanism by the pressure contact means. Therefore, when the fine movement mechanism is operated, the probe or the cantilever moves together with the fine movement mechanism to perform a predetermined scan.

【0015】又、請求項5の構成において、探針又はカ
ンチレバーの選択は、回転機構を回転させることにより
微動機構を介してベースを回転させ、当該ベースに取り
付けられた探針又はカンチレバーのうち、所要のものを
所定の位置に位置させることにより行う。この場合、微
動機構が回転するので、これとともに座標も回転するこ
ととなり、微動機構による走査は、回転角度に基づく座
標変換手段で変換された座標に従って行われる。
In the structure of claim 5, the probe or the cantilever is selected by rotating the rotating mechanism to rotate the base through the fine movement mechanism, and selecting the probe or the cantilever from the base. This is done by placing the required ones in a predetermined position. In this case, since the fine movement mechanism rotates, the coordinates also rotate with it, and the scanning by the fine movement mechanism is performed according to the coordinates converted by the coordinate conversion means based on the rotation angle.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1は本発明の第1の実施例に係る原子間力顕微
鏡の側面図、図2は図1に示すベースおよびカンチレバ
ーの平面図である。各図で、X、Y、Zは座標軸、7は
被検体であり、これらは図12に示すものと同じであ
る。1は微動機構であり、後述するスリットを除き他の
構成は図12に示す微動機構と同じである。20はスリ
ットであり、圧電体2の自由端における隣接する各電極
3X3 、3X4 、3Y3 、3Y4 の間に形成される。こ
の場合、圧電体2の内面に配置された共通電極3Cもス
リット20の部分で分離されるが、電気的には互いに接
続されている。本実施例の微動機構1はスリット20が
形成されている点でのみ図12に示す微動機構と異なる
が、微動機構としての機能は同一である。
The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. 1 is a side view of an atomic force microscope according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a base and a cantilever shown in FIG. In each figure, X, Y, and Z are coordinate axes, and 7 is a subject, which are the same as those shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a fine movement mechanism, which is the same as the fine movement mechanism shown in FIG. 12 except for the slit described later. Reference numeral 20 is a slit, which is formed between the adjacent electrodes 3X 3 , 3X 4 , 3Y 3 , 3Y 4 at the free end of the piezoelectric body 2. In this case, the common electrode 3C arranged on the inner surface of the piezoelectric body 2 is also separated at the slit 20 but electrically connected to each other. The fine movement mechanism 1 of the present embodiment is different from the fine movement mechanism shown in FIG. 12 only in that the slit 20 is formed, but the function as the fine movement mechanism is the same.

【0017】21はベースであり、図2に示すように複
数(図では3つ)のカンチレバー4がY軸方向に並列に
取り付けられている。22は圧電体2の内部を通って上
部の固定部とベース21との間に装架されたばねであ
る。ばね22により、ベース21は圧電体2の自由端に
圧接される。なお、ばね22に代えて磁石を用いること
もでき、この場合、固定部およびベース21は磁性体で
構成する(以下に述べる第2、第3の実施例においても
同じ)。微動機構1の動作は図12に示すものと同じで
ある。したがって、微動機構1が前述のように変形せし
められると、圧電体2の自由端に圧接されたベース2
1、このベース21に取り付けられたカンチレバー4、
探針5は当該変形に応じて図12に示す場合と同様に変
位する。
Reference numeral 21 denotes a base, and as shown in FIG. 2, a plurality of (three in the figure) cantilevers 4 are mounted in parallel in the Y-axis direction. Reference numeral 22 denotes a spring that passes through the inside of the piezoelectric body 2 and is mounted between the upper fixed portion and the base 21. The base 21 is pressed against the free end of the piezoelectric body 2 by the spring 22. A magnet may be used instead of the spring 22. In this case, the fixing portion and the base 21 are made of a magnetic material (the same applies to the second and third embodiments described below). The operation of the fine movement mechanism 1 is the same as that shown in FIG. Therefore, when the fine movement mechanism 1 is deformed as described above, the base 2 pressed against the free end of the piezoelectric body 2
1, the cantilever 4 attached to this base 21,
The probe 5 is displaced in the same manner as shown in FIG. 12 according to the deformation.

【0018】次に、本実施例のカンチレバー4の取換え
動作、即ちベース21の駆動手段を図3を参照しながら
説明する。図3は図1に示す圧電体2の自由端部分を示
す図である。図3で、図1に示す部分と同一部分には同
一符号が付してある。この図では、理解を容易にするた
め、電極3Y3 、3Y4 の配置部分は断面で示されてい
る。ベース21をY軸方向に沿って移動させる場合に
は、まず、共通電極3C、電極3X3 、3X4 に0
(V)、電極3Y3 に−E(V)、電極3Y4 に+E
(V)が印加される。これにより、圧電体2の自由端に
は、図3の(a)に示すように、電極3Y3 の部分が縮
み、電極3Y4 の部分が伸長する変形が生じ、当該変形
部分の端部とベース21との間にギャップgが発生す
る。なお、圧電体2の電極3X3 、3X4 の部分の端部
はベース21に圧接されたままである。
Next, the replacement operation of the cantilever 4 of this embodiment, that is, the drive means of the base 21 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a view showing a free end portion of the piezoelectric body 2 shown in FIG. In FIG. 3, the same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In this figure, the arrangement portion of the electrodes 3Y 3 and 3Y 4 is shown in cross section for easy understanding. When moving the base 21 along the Y-axis direction, first, the common electrode 3C, the electrodes 3X 3 and 3X 4 are set to 0.
(V), the electrode 3Y 3 -E (V), the electrode 3Y 4 + E
(V) is applied. As a result, at the free end of the piezoelectric body 2, as shown in FIG. 3A, the electrode 3Y 3 is contracted and the electrode 3Y 4 is expanded, so that the end of the deformed part A gap g is generated between the base 21 and the base 21. The end portions of the electrodes 3X 3 and 3X 4 of the piezoelectric body 2 are kept pressed against the base 21.

【0019】次いで、電極3X3 、3X4 に、さきに電
極3Y3 、3Y4 に印加した電圧レベルより大きな負の
電圧を印加すると、圧電体2の電極3X3 、3X4 の部
分は大きく縮み、この結果、図3の(b)に示すよう
に、圧電体2の電極3Y3 、3Y4 の部分の端部は変形
状態のままベース21に圧接し、圧電体2の電極3
3、3X4 の部分の端部にはギャップgが発生する。
[0019] Then, the electrode 3X 3, 3X 4, the application of a large negative voltage than previously to the electrode 3Y 3, the voltage level applied to the 3Y 4, the electrode 3X 3, part of the 3X 4 of the piezoelectric element 2 contracts greatly As a result, as shown in FIG. 3B, the end portions of the electrodes 3Y 3 and 3Y 4 of the piezoelectric body 2 are pressed against the base 21 in a deformed state,
A gap g is generated at the ends of the portions X 3 , 3X 4 .

【0020】さらに、この状態から、(a)の場合とは
逆に、電極3Y3 に+E(V)、電極3Y4 に−E
(V)を印加すると、図3の(c)に示すように、圧電
体2の電極3Y3 の部分が伸長し、電極3Y4 の部分が
縮む変形が生じる。この変形は端部がベース21に圧接
した状態のまま発生するので、ベース21は当該変形に
引きずられて図3の(c)に示すように、矢印yの方向
に移動する。この移動の後、各電極に印加された電圧を
取り除く。以上の動作を繰り返すことにより、ベース2
1のY軸方向の移動を行うことができる。
Furthermore, from this state, contrary to the In the case of (a), the electrode 3Y 3 + E (V), -E to electrode 3Y 4
When (V) is applied, as shown in (c) of FIG. 3, the electrode 3Y 3 of the piezoelectric body 2 is expanded and the electrode 3Y 4 is contracted. Since this deformation occurs while the end portion is in pressure contact with the base 21, the base 21 is dragged by the deformation and moves in the direction of the arrow y as shown in FIG. 3C. After this movement, the voltage applied to each electrode is removed. By repeating the above operation, the base 2
1 can be moved in the Y-axis direction.

【0021】上記の動作中、ベース21は圧電体2の自
由端に圧接された状態で移動するが、圧電体2自身を摩
擦の少ない材料で作成するか、又はテフロンシート等の
潤滑用シートを介在させるか、或は接触圧力を極力小さ
くすることにより、ベース21の移動を支障なく行うこ
とができる(以下に述べる第2、第3の実施例において
も同じ)。
During the above operation, the base 21 moves in a state of being pressed against the free end of the piezoelectric body 2. However, the piezoelectric body 2 itself is made of a material having less friction, or a lubricating sheet such as a Teflon sheet is used. By interposing it or making the contact pressure as small as possible, the movement of the base 21 can be performed without any trouble (the same applies to the second and third embodiments described below).

【0022】なお、上記の例では各電極に印加する電圧
が直流電圧である例について述べたが、実際には、一般
の超音波モータで採用されている交流電圧印加によるベ
ース駆動手段によるのが望ましい。その場合の印加電圧
は、ωを角周波数、tを時間、E1 、E2 (E1 >E
2 )を電圧の振幅とすると、次のとおりである。
In the above example, the voltage applied to each electrode is a DC voltage. However, in reality, the base driving means by AC voltage application adopted in a general ultrasonic motor is used. desirable. The applied voltage in that case is ω is the angular frequency, t is the time, E 1 , E 2 (E 1 > E
When 2 ) is the voltage amplitude, it is as follows.

【0023】電極3C:0(V) 電極3X3 、3X4 :E1 cos(ωt) (V) 電極3Y3 :E2 cos(ωt+90度) (V) 電極3Y4 :E2 cos(ωt−90度) (V) このように、本実施例では、微動機構を構成する圧電体
の端部にベースを圧接し、当該端部に各電極を分離する
スリットを設け、これら電極に所定の電圧を印加するよ
うにしたので、人手によらずに、かつ、軸間干渉を生じ
ることなく、ベースを移動させてカンチレバーの交換を
行うことができる。又、カンチレバーによる走査を行う
ので、図15に示す従来装置に比較して、どのような被
検体に対しても高速走査を行うことができる。
Electrode 3C: 0 (V) Electrode 3X 3 , 3X 4 : E 1 cos (ωt) (V) Electrode 3Y 3 : E 2 cos (ωt + 90 °) (V) Electrode 3Y 4 : E 2 cos (ωt-) 90 degrees) (V) As described above, in this embodiment, the base is pressed against the ends of the piezoelectric body that constitutes the fine movement mechanism, slits for separating each electrode are provided at the ends, and a predetermined voltage is applied to these electrodes. Since the voltage is applied to the cantilever, the base can be moved and the cantilever can be exchanged without human intervention and without causing inter-axis interference. Further, since the scanning is performed by the cantilever, it is possible to perform high-speed scanning on any object as compared with the conventional apparatus shown in FIG.

【0024】図4は本発明の第2の実施例に係る原子間
力顕微鏡の側面図、図5は図4に示すベースおよびカン
チレバーの平面図である。図4で、X、Y、Zは座標
軸、22はばねであり、これらは図1に示すものと同じ
である。1は微動機構であり、後述する回転電極を配置
した点を除き図12に示す微動機構1と同じ構成であ
る。3Zθ は回転電極であり、圧電体2のZ軸方向変
位用の電極3Zの上部に位置し、圧電体2の全周にわた
って配置される。23はベースであり、図5に示すよう
に複数(図では3つ)のカンチレバー4がベース23の
周囲に90度間隔で取り付けられている。このベース2
3はばね22により圧電体2の端部に圧接されている。
本実施例でも、ベース21に取り付けられたカンチレバ
ー4、探針5は微動機構1の変形に応じて変位する。
FIG. 4 is a side view of an atomic force microscope according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of the base and cantilever shown in FIG. In FIG. 4, X, Y and Z are coordinate axes and 22 is a spring, which are the same as those shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a fine movement mechanism, which has the same configuration as the fine movement mechanism 1 shown in FIG. 12 except that a rotary electrode, which will be described later, is arranged. 3Z θ is a rotating electrode, which is located above the electrode 3Z for displacing the piezoelectric body 2 in the Z-axis direction, and is arranged over the entire circumference of the piezoelectric body 2. Reference numeral 23 denotes a base, and as shown in FIG. 5, a plurality of (three in the figure) cantilevers 4 are attached to the periphery of the base 23 at intervals of 90 degrees. This base 2
3 is pressed against the end of the piezoelectric body 2 by a spring 22.
Also in this embodiment, the cantilever 4 and the probe 5 attached to the base 21 are displaced according to the deformation of the fine movement mechanism 1.

【0025】次に、本実施例のカンチレバー4の取換え
動作、即ちベース21の駆動手段を図6を参照しながら
説明する。図6は図1に示す圧電体2の回転電極3Zθ
より下の部分を示す図である。本実施例では、新たに
付加された回転電極3Zθと従来から配置されている電
極3Zとでベース23を回転させてカンチレバー4の切
り換えを行う。このため、回転電極3Zθ には、Ec
os(ωt) (V)、電極3Zには、Ecos(ωt
±90度) (V)の交流電圧を印加する。なお、ωは
角周波数、tは時間、Eは電圧の振幅である。回転電極
3Zθ と電極3Zに上記の電圧を印加すると、圧電体
2の端部(ベース23との接触部)に図6に矢印θで示
す回転変形が生じ、ベース23をZ軸まわりに回転移動
させることができる。この動作原理は一般の超音波モー
タと同じであるので詳細な説明は省略する。
Next, the replacement operation of the cantilever 4 of this embodiment, that is, the drive means of the base 21 will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the rotary electrode 3Z θ of the piezoelectric body 2 shown in FIG.
It is a figure which shows the lower part. In this embodiment, the cantilever 4 is switched by rotating the base 23 with the newly added rotating electrode 3Z θ and the electrode 3Z arranged conventionally. Therefore, the rotating electrode 3Z θ has Ec
os (ωt) (V), Ecos (ωt
AC voltage of (± 90 degrees) (V) is applied. Note that ω is the angular frequency, t is the time, and E is the voltage amplitude. When the above voltage is applied to the rotating electrode 3Z θ and the electrode 3Z, the end portion of the piezoelectric body 2 (contact portion with the base 23) is rotationally deformed as shown by an arrow θ in FIG. 6, and the base 23 is rotated around the Z axis. It can be moved. Since this operation principle is the same as that of a general ultrasonic motor, detailed description thereof will be omitted.

【0026】このように、本実施例では、別途回転電極
を設け、この回転電極と従来のZ軸方向変位を発生する
電極とに所定の電圧を印加してベースを回転させるよう
にしたので、さきの実施例と同じ効果を奏する。
As described above, in this embodiment, the rotating electrode is separately provided, and the base is rotated by applying a predetermined voltage to the rotating electrode and the conventional electrode that causes displacement in the Z-axis direction. The same effect as the previous embodiment is achieved.

【0027】図7は本発明の第3の実施例に係るプロー
ブ顕微鏡の側面図である。この図で、X、Y、Zは座標
軸を示す。1は微動機構であり、図12に示すものと同
じである。本実施例のプローブ顕微鏡にも、図1および
図4に示すばね22が設けられているが、このばね22
は図示の複雑化を避けるため省略されている。24はベ
ースであり、図5に示すベース23と同様にその周囲に
90度の間隔で3つのカンチレバー4が固定されてい
る。図にはそれらカンチレバー4のうちの2つが示され
ている。25は圧電体2の自由端に固定され、カンチレ
バー4を所定の傾きに設定する接続リングである。26
は微動機構1を固定する固定部材、27は固定部材に固
定された回転機構である。前述のように図示はされてい
ないが、固定部材26とベース24との間にはばね22
が装架され、これによりベース24は接続リング25に
圧接されている。28は回転機構27の回転軸であり、
ベース24に連結されている。29は回転軸28の中間
に介在する回転伝達機構である。この回転伝達機構29
の構成を図8に示す。
FIG. 7 is a side view of a probe microscope according to the third embodiment of the present invention. In this figure, X, Y, and Z indicate coordinate axes. Reference numeral 1 denotes a fine movement mechanism, which is the same as that shown in FIG. The probe microscope of this embodiment is also provided with the spring 22 shown in FIG. 1 and FIG.
Are omitted to avoid complication of the drawing. Reference numeral 24 denotes a base, and like the base 23 shown in FIG. 5, three cantilevers 4 are fixed around the base at intervals of 90 degrees. Two of these cantilevers 4 are shown in the figure. A connecting ring 25 is fixed to the free end of the piezoelectric body 2 and sets the cantilever 4 at a predetermined inclination. 26
Is a fixing member for fixing the fine movement mechanism 1, and 27 is a rotating mechanism fixed to the fixing member. Although not shown as described above, the spring 22 is provided between the fixing member 26 and the base 24.
The base 24 is pressed against the connecting ring 25. 28 is a rotating shaft of the rotating mechanism 27,
It is connected to the base 24. Reference numeral 29 is a rotation transmission mechanism interposed in the middle of the rotary shaft 28. This rotation transmission mechanism 29
The configuration of is shown in FIG.

【0028】図8は図7に示す回転伝達機構の斜視図で
ある。この図で、X、Y、Zは図7に示すものと同じ座
標軸である。28は図7に示す回転軸を示す。回転伝達
機構29は剛体のブロック29B1 、29B2 で構成さ
れている。ブロック29B1には、互いに直交する方向
に貫通孔29H1 、29H2 が形成され、貫通孔29H
1 の形成により互いに平行な薄肉部29a1 、29a2
が形成され、貫通孔29H2 の形成により互いに平行な
薄肉部29b1 、29b2 が形成される。又、ブロック
29B2 には、貫通孔29H1 と同一方向の貫通孔29
3 が形成され、この貫通孔29H3 の形成により2つ
の薄肉部29c1 、29c2 が形成される。薄肉部29
1 、29a2 の面と、薄肉部29b1 、29b2 の面
と、薄肉部29c1 、29c2 面とは、互いに直交する
関係にある。
FIG. 8 is a perspective view of the rotation transmission mechanism shown in FIG. In this figure, X, Y and Z are the same coordinate axes as shown in FIG. Reference numeral 28 denotes the rotation shaft shown in FIG. The rotation transmission mechanism 29 is composed of rigid blocks 29B 1 and 29B 2 . Through holes 29H 1 and 29H 2 are formed in the block 29B 1 in directions orthogonal to each other, and the through holes 29H are formed.
Thin portions parallel to each other by one of the formation 29a 1, 29a 2
And the thin portions 29b 1 and 29b 2 parallel to each other are formed by forming the through hole 29H 2 . The block 29B 2 has a through hole 29 in the same direction as the through hole 29H 1.
H 3 is formed, and by forming this through hole 29H 3 , two thin portions 29c 1 and 29c 2 are formed. Thin part 29
The surfaces of a 1 and 29a 2, the surfaces of the thin portions 29b 1 and 29b 2 , and the surfaces of the thin portions 29c 1 and 29c 2 are orthogonal to each other.

【0029】このような回転伝達機構29は、X軸方向
に沿う力に対しては薄肉部29a1、29a2 がたわむ
ことにより、又、Y軸方向に沿う力に対しては薄肉部2
9b1 、29b2 がたわむことにより、さらに、Z軸方
向に沿う力に対しては薄肉部29c1 、29c2 がたわ
むことにより柔となるが、Z軸まわりのモーメントに対
しては高い剛性を示す。
In such a rotation transmitting mechanism 29, the thin-walled portions 29a 1 and 29a 2 are deflected with respect to the force along the X-axis direction, and the thin-walled portion 2 with respect to the force along the Y-axis direction.
The bending of 9b 1 and 29b 2 further softens the thin-walled portions 29c 1 and 29c 2 with respect to the force along the Z-axis direction, but the rigidity is high with respect to the moment around the Z-axis. Show.

【0030】次に、本実施例のカンチレバー4の取換え
動作、即ちベース24の駆動手段を説明する。回転機構
27を駆動すると、その回転は回転軸28、回転伝達機
構29を介してベース24に伝達され、ベース24を回
転させる。この場合、回転の伝達は、上述のように回転
伝達機構29の回転軸28まわりの剛性が高いので、支
障なく行われる。この回転により、任意のカンチレバー
4を取り換えることができる。一方、原子間力顕微鏡の
測定中において、圧電体2にX、Y、Z軸方向の変形が
生じるが、回転伝達機構29はこれらの方向の力に対し
て柔であるので、ベース24が回転軸28により回転機
構27に連結されていても当該変形には何等の悪影響も
及ぼさない。
Next, the replacement operation of the cantilever 4 of this embodiment, that is, the drive means of the base 24 will be described. When the rotation mechanism 27 is driven, the rotation is transmitted to the base 24 via the rotation shaft 28 and the rotation transmission mechanism 29, and the base 24 is rotated. In this case, the rotation transmission is performed without trouble because the rigidity of the rotation transmission mechanism 29 around the rotation shaft 28 is high as described above. By this rotation, any cantilever 4 can be replaced. On the other hand, during the measurement by the atomic force microscope, the piezoelectric body 2 is deformed in the X-, Y-, and Z-axis directions, but since the rotation transmission mechanism 29 is flexible with respect to the forces in these directions, the base 24 rotates. Even if it is connected to the rotation mechanism 27 by the shaft 28, the deformation does not have any adverse effect.

【0031】このように、本実施例では、X、Y、Z軸
方向の力に対して柔な回転伝達機構を介して回転機構に
よりベースを回転させるようにしたので、さきの実施例
と同じ効果を奏する。
As described above, in this embodiment, the base is rotated by the rotation mechanism via the rotation transmission mechanism which is flexible with respect to the forces in the X-, Y-, and Z-axis directions, which is the same as the previous embodiment. Produce an effect.

【0032】図9は本発明の第4の実施例に係る原子間
力顕微鏡の側面図、図10は図9に示すベースおよびカ
ンチレバーの平面図である。上記第1〜第3の実施例に
おいては、複数のカンチレバーを備えたベースを圧電体
の自由端に圧接し、ベースを圧電体とは独立して移動さ
せる構成を例示したが、本実施例では、圧電体の自由端
とベースとを固定する構成とされている。図9で、X、
Y、Zは座標軸を示す。1は図12に示すものと同じ微
動機構である。31は回転機構であり、圧電体2の上端
を固定し、これを回転させる。32は圧電体2の自由端
に固定されたベースであり、図10に示すように、その
周囲には互いに90度の間隔で3つのカンチレバー4
a、4b、4cが固定されている。
FIG. 9 is a side view of an atomic force microscope according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a plan view of the base and cantilever shown in FIG. In the above-described first to third embodiments, the configuration in which the base provided with a plurality of cantilevers is pressed against the free end of the piezoelectric body and the base is moved independently of the piezoelectric body has been exemplified, but in the present embodiment, , The free end of the piezoelectric body and the base are fixed to each other. In FIG. 9, X,
Y and Z indicate coordinate axes. 1 is the same fine movement mechanism as that shown in FIG. Reference numeral 31 is a rotating mechanism that fixes the upper end of the piezoelectric body 2 and rotates it. Reference numeral 32 denotes a base fixed to the free end of the piezoelectric body 2. As shown in FIG. 10, three cantilevers 4 are provided around the base 32 at intervals of 90 degrees.
a, 4b, and 4c are fixed.

【0033】次に、本実施例のカンチレバーの取換え動
作、即ちベース24の駆動手段を説明する。今、図10
に示すカンチレバー4aをカンチレバー4b又はカンチ
レバー4cに取り換える場合、回転機構31を駆動する
と圧電体2が回転し、これとともにベース32も回転す
る。これによりカンチレバーを取り換えることができ
る。しかしながら、圧電体2の回転により微動機構の座
標軸が変化するので、単にベース32を回転させてカン
チレバーを取り換えただけでは所期の測定はできない。
このため、本実施例ではカンチレバーの取り換え毎に座
標変換を行う。この座標変換を図11により説明する。
Next, the cantilever replacement operation of this embodiment, that is, the drive means for the base 24 will be described. Now, FIG.
When the cantilever 4a shown in (1) is replaced with the cantilever 4b or the cantilever 4c, when the rotating mechanism 31 is driven, the piezoelectric body 2 rotates and the base 32 also rotates. This allows the cantilever to be replaced. However, since the coordinate axis of the fine movement mechanism changes due to the rotation of the piezoelectric body 2, the desired measurement cannot be performed simply by rotating the base 32 and replacing the cantilever.
Therefore, in this embodiment, coordinate conversion is performed every time the cantilever is replaced. This coordinate conversion will be described with reference to FIG.

【0034】図11は原子間力顕微鏡の制御系統を示す
ブロック図である。この図で、図9に示す部分と同一部
分には同一符号が付してある。34は回転機構31の回
転量(回転角度)を検出する検出器、35はマイクロコ
ンピュータで構成された原子間力顕微鏡の制御部であ
る。制御部35は、回転機構31が駆動されてカンチレ
バーの取り換えが行われると、検出器34からの信号に
より、どのカンチレバーが使用されるのか判断してこれ
に応じた座標変換を行う。
FIG. 11 is a block diagram showing the control system of the atomic force microscope. In this figure, the same parts as those shown in FIG. 9 are designated by the same reference numerals. Reference numeral 34 is a detector for detecting the amount of rotation (rotation angle) of the rotating mechanism 31, and reference numeral 35 is a control unit of an atomic force microscope composed of a microcomputer. When the rotating mechanism 31 is driven and the cantilever is replaced, the control unit 35 determines which cantilever is used by the signal from the detector 34 and performs coordinate conversion according to this.

【0035】例えば、カンチレバー4aが図9に示す座
標軸で使用されるものとすると、カンチレバー4aがカ
ンチレバー4bに取り換えられた場合、制御部35は座
標変換を行い、電極3X1 を電極3Y1 、電極3X2
電極3Y2 、電極3Y1 を電極3X2 、電極3Y2 を電
極3X1として処理する。同様に、カンチレバー4aが
カンチレバー4cに取り換えられた場合、制御部35
は、電極3X1 を電極3X2 、電極3X2 を電極3X
1 、電極3Y1 を電極3Y2 、電極3Y2 を電極3Y1
として処理する。自由端側の電極3X3 〜3Y4 につい
ても同様の座標変換処理を行う。
For example, assuming that the cantilever 4a is used on the coordinate axes shown in FIG. 9, when the cantilever 4a is replaced by the cantilever 4b, the control unit 35 performs coordinate conversion, and the electrode 3X 1 is replaced by the electrode 3Y 1 and the electrode 3Y 1 . 3X 2 is treated as electrode 3Y 2 , electrode 3Y 1 as electrode 3X 2 , and electrode 3Y 2 as electrode 3X 1 . Similarly, when the cantilever 4a is replaced with the cantilever 4c, the control unit 35
Electrode 3X 1 to electrode 3X 2 , electrode 3X 2 to electrode 3X
1 , electrode 3Y 1 is electrode 3Y 2 , electrode 3Y 2 is electrode 3Y 1
Process as. Performs the same coordinate transformation processing for the free-end-side electrode 3X 3 ~3Y 4.

【0036】このように、本実施例では、複数のカンチ
レバーを固定したベースを圧電体の自由端に固定し、圧
電体を回転機構に固定し、回転機構を駆動してカンチレ
バーを取り換えるとともに、座標変換を行うようにした
ので、さきの実施例と同じ効果を奏する。
As described above, in this embodiment, the base to which a plurality of cantilevers are fixed is fixed to the free end of the piezoelectric body, the piezoelectric body is fixed to the rotating mechanism, the rotating mechanism is driven to replace the cantilever, and the coordinates are adjusted. Since the conversion is performed, the same effect as that of the previous embodiment can be obtained.

【0037】なお、上記各実施例の説明では、原子間力
顕微鏡について述べたが、他のプローブ顕微鏡にも適用
可能であるのは明らかである。又、カンチレバーを備え
ず、探針のみのものにも適用することができる。
In the description of each of the above embodiments, the atomic force microscope has been described, but it is obvious that it can be applied to other probe microscopes. Further, it can be applied to a probe only without a cantilever.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、微動機
構(圧電体)の自由端にベースを圧接し、このベースを
圧接された状態で駆動して探針又はカンチレバーを切り
換えるようにし、又は、回転機構で微動機構とこれに固
定したベースを一体に回転して探針又はカンチレバーを
切り換えるようにしたので、軸間干渉なく複数の探針又
はカンチレバーを自動的に切り換えることができ、か
つ、どのような被検体でも高速走査を行うことができ
る。
As described above, according to the present invention, the base is pressed against the free end of the fine movement mechanism (piezoelectric body), and the base is driven while being pressed to switch the probe or the cantilever. Alternatively, the fine movement mechanism and the base fixed to the fine movement mechanism are integrally rotated by the rotation mechanism to switch the probe or the cantilever, so that the plurality of probe or the cantilever can be automatically switched without inter-axis interference, and High-speed scanning can be performed on any object.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。
FIG. 1 is a side view of an atomic force microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すベースとカンチレバーの平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of a base and a cantilever shown in FIG.

【図3】図1に示す構成の動作を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the configuration shown in FIG.

【図4】本発明の第2の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。
FIG. 4 is a side view of an atomic force microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4に示すベースとカンチレバーの平面図であ
る。
5 is a plan view of the base and cantilever shown in FIG. 4. FIG.

【図6】図4に示す構成の動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the configuration shown in FIG.

【図7】本発明の第3の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。
FIG. 7 is a side view of an atomic force microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図8】図7に示す回転伝達機構の斜視図である。8 is a perspective view of the rotation transmission mechanism shown in FIG.

【図9】本発明の第4の実施例に係る原子間力顕微鏡の
側面図である。
FIG. 9 is a side view of an atomic force microscope according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】図9に示すベースとカンチレバーの平面図で
ある。
10 is a plan view of the base and the cantilever shown in FIG.

【図11】図9に示す原子間力顕微鏡に使用する制御系
統のブロック図である。
11 is a block diagram of a control system used in the atomic force microscope shown in FIG.

【図12】従来の原子間力顕微鏡の側面図である。FIG. 12 is a side view of a conventional atomic force microscope.

【図13】図12に示す線XIII −XIII に沿う断面図
である。
13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII shown in FIG.

【図14】複数のカンチレバーを備えたベースの平面図
である。
FIG. 14 is a plan view of a base having a plurality of cantilevers.

【図15】従来のプローブ顕微鏡の側面図である。FIG. 15 is a side view of a conventional probe microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 カンチレバー 5 探針 1 微動機構 2 圧電体 3X1 〜3Y4 電極 20 スリット 21 ベース4 cantilever 5 probe 1 fine movement mechanism 2 piezoelectric 3X 1 ~3Y 4 electrode 20 slit 21 base

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 探針を複数個、又は探針を固定したカン
チレバーを複数個取り付けたベースを備え、前記探針、
又は前記カンチレバーを取換えて使用するプローブ顕微
鏡において、筒体形状の圧電体およびこの圧電体に配置
された複数の電極より成り当該圧電体の一端が固定され
多端が自由端である微動機構と、この微動機構の前記自
由端に前記ベースを移動自在に圧接する圧接手段と、前
記ベースが前記微動機構の自由端に圧接された状態で当
該ベースを駆動して前記探針又は前記カンチレバーを切
り換えるベース駆動手段とを設けたことを特徴とするプ
ローブ顕微鏡。
1. A probe having a plurality of cantilevers having a plurality of probes or fixed cantilevers to which the probes are fixed,
Alternatively, in the probe microscope used by replacing the cantilever, a fine movement mechanism in which a piezoelectric body having a cylindrical shape and a plurality of electrodes arranged on the piezoelectric body are fixed and one end of the piezoelectric body is fixed, and the other end is a free end, A pressing means for movably pressing the base to the free end of the fine movement mechanism, and a base for driving the base in a state where the base is pressed against the free end of the fine movement mechanism to switch the probe or the cantilever. A probe microscope provided with driving means.
【請求項2】 請求項1において、前記ベース駆動手段
は、圧電体自身を変形させて前記ベースを移動させる圧
電体変形手段であることを特徴とするプローブ顕微鏡。
2. The probe microscope according to claim 1, wherein the base driving unit is a piezoelectric body deforming unit that deforms a piezoelectric body itself to move the base.
【請求項3】 請求項2において、前記圧電体変形手段
は、前記微動機構の自由端近傍に配置され当該微動機構
をその筒体の軸方向と直交する第1の軸方向に変位させ
る対向する2つの電極より成る第1の対向電極、および
前記筒体の軸方向と前記第1の軸方向とに直交する第2
の軸方向に変位させる対向する2つの電極より成る第2
の対向電極で構成される電極群と、前記微動機構の自由
端から延びて前記電極群の各電極を分離するスリットと
で構成されていることを特徴とするプローブ顕微鏡。
3. The piezoelectric body deforming means according to claim 2, wherein the piezoelectric body deforming means is arranged in the vicinity of the free end of the fine movement mechanism and displaces the fine movement mechanism in a first axial direction orthogonal to the axial direction of the cylindrical body. A first counter electrode composed of two electrodes, and a second electrode orthogonal to the axial direction of the cylindrical body and the first axial direction.
Second electrode consisting of two opposing electrodes for axial displacement
And a slit extending from a free end of the fine movement mechanism and separating each electrode of the electrode group.
【請求項4】 請求項2において、前記圧電体変形手段
は、前記圧電体をその筒体の軸方向に伸縮させる2つの
電極と、これら各電極に位相の異なる交流電圧を印加す
る電圧印加手段とで構成されていることを特徴とするプ
ローブ顕微鏡。
4. The piezoelectric body deforming means according to claim 2, wherein the piezoelectric body deforming means includes two electrodes for expanding and contracting the piezoelectric body in the axial direction of the cylindrical body, and a voltage applying means for applying alternating voltages having different phases to these electrodes. A probe microscope comprising:
【請求項5】 請求項1において、前記ベース駆動手段
は、回転機構と、この回転機構と前記ベースとを前記微
動機構の筒体内部を通って連結する回転軸と、この回転
軸の中途に設けられ前記微動機構の変位方向に対して柔
であり、かつ、前記回転軸の回転方向に対して剛である
回転伝達機構とで構成されていることを特徴とするプロ
ーブ顕微鏡。
5. The base driving means according to claim 1, wherein the base drive means includes a rotation mechanism, a rotation shaft connecting the rotation mechanism and the base through the inside of the cylindrical body of the fine movement mechanism, and a middle of the rotation shaft. A probe microscope, which is provided with a rotation transmission mechanism that is flexible with respect to the displacement direction of the fine movement mechanism and is rigid with respect to the rotation direction of the rotation shaft.
【請求項6】 探針を複数個、又は探針を固定したカン
チレバーを複数個取り付けたベースを備え、前記探針、
又は前記カンチレバーを取換えて使用するプローブ顕微
鏡において、筒体形状の圧電体およびこの圧電体に配置
された複数の電極より成り当該圧電体を変形させて微小
変位を得る微動機構と、この微動機構の一端に固定され
て当該微動機構を回転させる回転機構と、前記ベースを
前記微動機構の他端に固定する固定手段と、前記探針又
は前記カンチレバーの取換え毎にその取換えに応じた座
標の変換を行う座標変換手段とを設けたことを特徴とす
るプローブ顕微鏡。
6. A probe having a plurality of probes or a base having a plurality of cantilevers having the probes fixed thereto,
Alternatively, in a probe microscope in which the cantilever is replaced and used, a fine movement mechanism configured by a cylindrical piezoelectric body and a plurality of electrodes arranged on the piezoelectric body to obtain a minute displacement by deforming the piezoelectric body, and the fine movement mechanism. A rotation mechanism fixed to one end of the fine rotation mechanism for rotating the fine movement mechanism, a fixing means for fixing the base to the other end of the fine movement mechanism, and a coordinate corresponding to each exchange of the probe or the cantilever. And a coordinate transformation means for performing the transformation.
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JP2003149121A (en) * 2001-11-16 2003-05-21 Seiko Instruments Inc Scanning probe microscope
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