WO2006118117A1 - 走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ Download PDF

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WO2006118117A1
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scanning
stage
sample
probe microscope
sample stage
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Inventor
Yoshihiro Ue
Original Assignee
Olympus Corporation
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04—Fine scanning or positioning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures

Definitions

  • the present invention relates to a scanning stage used for a scanning probe microscope.
  • a scanning probe microscope is a scanning microscope that mechanically scans a mechanical probe to obtain information on the surface of a sample, and includes a scanning tunneling microscope (STM) and an atomic force microscope (AFM). ), Scanning magnetic force microscope (MFM), scanning capacitance microscope (SCaM), scanning near-field optical microscope (SNOM), scanning thermal microscope (SThM).
  • SPM scanning probe microscope
  • MFM Scanning magnetic force microscope
  • SCaM scanning capacitance microscope
  • SNOM scanning near-field optical microscope
  • SThM scanning thermal microscope
  • a nano-indenter that examines the hardness of a sample by pressing a diamond probe on the surface of the sample to make an impression and praying for the degree of the impression is also one of the SPMs. Widely used with the various microscopes described above.
  • a scanning probe microscope for example, relatively scans a mechanical probe and a sample in the X and Y directions and obtains surface information of a desired sample region via the mechanical probe.
  • XY scanning feedback control is performed so that the interaction between the sample and the probe is constant even in the Z direction.
  • This movement in the Z direction is different from the movement in the XY direction, which is a regular movement, and is irregular because it reflects the surface shape and surface state of the sample, but is generally considered to be a scanning movement in the z direction.
  • This scanning in the Z direction is the movement at the highest frequency among the XYZ directions.
  • a scanning mechanism used in a scanning probe microscope includes, for example, a sample stage that holds an observation sample and a scanning mechanism that scans the sample stage.
  • One method of fixing the sample stage to the scanning mechanism is to use a magnet. This method is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-31737.
  • the scanning speed of a conventional scanning probe microscope is relatively slow, and it takes a few minutes to acquire a single image. Therefore, the weight of the object to be scanned is not a problem.
  • a device that can acquire several images per second has been developed to meet the demand for high-speed scanning. For high-speed keys, it is necessary to reduce the weight of the object to be scanned.
  • JP 2003-4293 No. 1 proposes a fixing method using grease. In this method, the sample stage is fixed with grease, and it can be constructed very lightly.
  • the fixed position force easily moves with a small force. For example, if the scanning speed in the XY direction is increased, the inertial force of the sample stage will not follow the scanning operation of the scanning mechanism. In addition, when the observation target is in water, the followability to the scanning operation deteriorates due to the resistance of water during scanning. If the sample stage is poorly tracked, the acquired image may be distorted and the correct shape of the sample may not be reflected, or the same position may not be observed stably.
  • the present invention has been made in consideration of such a situation, and an object thereof is to provide a scanning stage for a scanning probe microscope that can satisfactorily follow high-speed scanning.
  • a scanning stage for a scanning probe microscope includes a sample stage for holding an observation sample, and a scanning mechanism capable of moving the sample stage in the XYZ directions. It is fixed to the scanning mechanism.
  • FIG. 1 is a plan view of a scanning stage for a scanning probe microscope according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line ⁇ - 1 of the scanning probe microscope scanning stage shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of a scanning stage for a scanning probe microscope according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a scanning stage for a scanning probe microscope according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of a scanning stage for a scanning probe microscope according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a scanning stage for a scanning probe microscope according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the scanning stage for the scanning probe microscope of the first embodiment is shown in FIGS.
  • the scanning stage includes a sample stage 9 that holds an observation sample, and a scanning mechanism that can move the sample stage 9 in the XYZ directions.
  • the scanning mechanism consists of a movable part 4, an XY elastic member 6A, 6B, 6C, 6D, a Z elastic member 7A, 7B, 7C, 7D, and a fixed part 5, and a fixed base 1 on which the XY stage is fixed.
  • An X piezoelectric body 2A that is an X actuator for moving the movable part 4 in the X direction
  • a Y piezoelectric body 2B that is a Y actuator for moving the movable part 4 in the Y direction
  • a sample stage It is composed of a Z piezoelectric body 3 which is a Z actuator for moving 9 in the Z direction.
  • a fixing portion 5 is fixed in the fixing base 1 by adhesion or screw fastening.
  • the movable part 4 is connected to the fixed part 5 by Z elastic members 7A to 7D.
  • the Z elastic members 7A to 7D support the movable portion 4 with high and rigidity in the Z direction.
  • the arrangement positions of the Z elastic members 7A to 7D are substantially equidistant from the center of the movable part 4, and the center of gravity of the movable part 4 is located substantially at the center of the movable part 4.
  • the movable part 4 is connected to the fixed part 5 by XY elastic members 6A to 6D.
  • the XY elastic members 6A to 6D support the movable part 4 with rigidity in the XY directions.
  • the XY elastic members 6A to 6D are arranged symmetrically with respect to the XY drive axes.
  • the XY elastic members 6A and 6C are arranged on the X axis, and the XY elastic members 6B and 6D are arranged on the Y axis.
  • the XY elastic member 6A is provided with a pressing portion 8A for contacting the X piezoelectric member 2A for driving in the X direction
  • the XY elastic member 6B is provided for contacting the Y piezoelectric member 2B for driving in the Y direction.
  • a pressing portion 8B is provided.
  • the XY stage comprising the movable part 4, the XY elastic members 6A to 6D, the Z elastic members 7A to 7B, and the fixed part 5 is cut out from an integral part, and is made of a material such as aluminum.
  • the fixed base 1 may be made of the same material as the XY stage, but is preferably made of a material having a higher Young's modulus than aluminum, such as stainless steel. Good.
  • One end of the X piezoelectric member 2A for driving in the X direction is in contact with the pressing portion 8A, and the other end is fixed to the fixed base 1.
  • X piezoelectric body 2A is arranged so that a predetermined preload is applied along the X axis.
  • the center line of the X piezoelectric body 2A passes almost the center of gravity of the movable part 4.
  • One end of the Y piezoelectric body 2B for driving in the Y direction is in contact with the pressing portion 8B, and the other end is fixed to the fixed base 1.
  • the Y piezoelectric body 2B is arranged so that a predetermined preload is applied along the Y axis, and the center line of the Y piezoelectric body 2B passes through almost the center of gravity of the movable part 4! /.
  • the Z piezoelectric body 3 for driving in the Z direction is fixed to the upper surface of the movable portion 4, and the center line of the Z piezoelectric body 3 passes through the approximate center of gravity of the movable portion 4.
  • the surface of the Z piezoelectric body 3 is coated with a resin material 11 resistant to organic solvents.
  • the sample stage 9 is fixed to the upper surface of the Z piezoelectric body 3 with wax 10. The sample stage 9 is fixed more firmly as the wax 10 is thinner.
  • the viscosity of wax is very high at room temperature, and the viscosity can be adjusted by blending.
  • the kinematic viscosity coefficient is about 2000 [mm 2 Zs] even at a paste at room temperature.
  • the wax used is almost solid.
  • the viscosity coefficient of silicon grease is about 60 [mm 2 Zs] at room temperature and about 30 [mm 2 Zs] at 100 ° C
  • the viscosity coefficient of semi-solid wax is 1000 at room temperature. or [mm 2 Zs], is at 100 ° C to about 15. 3 [mm 2 Zs].
  • the sample stage 9 may be fixed to the upper surface of the Z piezoelectric body 3 using a plastic adhesive instead of the wax 10.
  • the observation sample is fixed to the sample stage 9.
  • the observation sample may be fixed directly to the sample stage, or may be fixed via a medium that appropriately fixes the observation sample.
  • the operation will be described. For example, the case where the observation sample, that is, the sample stage 9 is displaced in the X direction will be described.
  • a voltage is applied to the X piezoelectric body 2A to expand and contract. Since one end of the X piezoelectric body 2A is fixed to the fixed base 1, when the X piezoelectric body 2A is displaced, the pressing portion 8A in contact with the other end is displaced. This displacement is a force transmitted to the XY elastic member 6A. Since the thin leaf spring portion extending in parallel to the X axis of the XY elastic member 6A has high rigidity in the X direction, the displacement is transmitted to the movable portion 4.
  • the XY elastic member 6C on the X axis arranged at a position symmetrical to the Y axis has a low rigidity in the X direction of the thin plate spring extending parallel to the Y axis. I do not disturb. Further, since the thin leaf spring portion extending in parallel to the Y axis of the XY elastic members 6B and 6D arranged on the Y axis has low rigidity in the X direction, these do not disturb the displacement of the movable portion 4. Furthermore, since the Z elastic members 7A to 7D that support the Z direction of the movable part 4 with high rigidity have low rigidity in the XY direction, the displacement of the movable part 4 is not hindered. For this reason, the movable part 4 is displaced in the X direction according to the expansion and contraction of the X piezoelectric body 2A.
  • the XY elastic members 6A to 6D are arranged symmetrically with respect to the drive shaft, so that they are displaced linearly without rotating in the XY plane.
  • the Z elastic members 7A to 7D provided on the lower surface thereof act as parallel leaf springs, so that the upper surface of the movable part 4 moves horizontally without being inclined.
  • the driving force line extending in the driving direction through the center of the piezoelectric body passes through the center of gravity of the movable part, even if the movable part 4 moves at a high speed, rotational moment due to inertial force is generated even if it moves at high speed. Displaces with high accuracy without rotating.
  • the reaction force accompanying the deformation of the XY elastic member 6A acts on the portion of the fixing base 1 where the X piezoelectric body 2A is fixed.
  • the fixing base 1 is made of a material having a high Young's modulus, and the deformation of the fixing portion of the X piezoelectric body 2A is small, most of the displacement of the X piezoelectric body 2A is transmitted to the pressing portion 8A.
  • the inertial force of the sample stage 9 increases as the sample stage 9 moves faster. Further, when the sample stage 9 is placed in water for observing a biological sample, the resistance of the water received by the sample stage 9 is increased. However, since the sample stage 9 is firmly fixed by the wax 10, even if it receives inertial force or resistance force, it moves with good follow-up to the movement of the scanning mechanism. Therefore, it is possible to stably obtain an observation image with less distortion that accurately reflects the shape of the observation sample.
  • FIG. 3 shows a scanning stage for a scanning probe microscope according to the second embodiment.
  • This embodiment has a configuration in which a heat source and a temperature controller are added to the configuration of the first embodiment.
  • the configuration and operation of the scanning mechanism are the same as in the first embodiment.
  • a heater 12 is provided so as to surround the Z piezoelectric body 3, and ONZOFF and temperature setting of the heater 12 are controlled by the controller 13.
  • FIG. 1 A scanning stage for a scanning probe microscope according to the third embodiment is shown in FIG.
  • This embodiment has a configuration in which a heat source and a temperature controller are added to the configuration of the first embodiment.
  • the configuration and operation of the scanning mechanism are the same as in the first embodiment.
  • Heater 14 is placed near the scanning mechanism, ONZOFF and temperature settings of the heater 14 is controlled by the controller 1 3. Wax application to the sample stage 9 is performed on the heater 14. With the heater 14 turned on, apply wax 10 to the lower surface of the sample stage 9 and place it on the heater 14. Wax 10 will then be warmed and become less viscous. For this reason, by simply pressing the sample table 9 lightly, the excess wax 10 is also pushed out of the bottom surface of the sample table 9 and the thickness of the wax can be reduced. Thereafter, when the sample stage 9 is placed on the Z piezoelectric body 3, the wax 10 cools and becomes viscous, and the thickness of the wax 10 is thin, so that the sample stage 9 is firmly fixed.
  • FIG. 1 A scanning stage for a scanning probe microscope according to the fourth embodiment is shown in FIG.
  • This embodiment has a configuration in which a heat source and a temperature controller are added to the configuration of the first embodiment.
  • the configuration and operation of the scanning mechanism are the same as in the first embodiment.
  • the sample stage 9 is attached and detached using a holder heater 15 that can hold the sample stage 9.
  • the holder heater 15 is, for example, a heater attached to tweezers, and can be moved freely by grasping the sample stage 9.
  • the controller 13 controls ON / OFF and temperature setting of the holder heater 15.
  • FIG. 5 A scanning stage for a scanning probe microscope according to the fifth embodiment is shown in FIG.
  • the sample stage in the configuration of the first embodiment is changed.
  • the configuration and operation of the scanning mechanism are the same as in the first embodiment.
  • the sample stage 16 has a groove 16a on its lower surface, that is, the surface bonded to the Z piezoelectric body 3.
  • the sample stage 16 is attached to the upper surface of the Z piezoelectric body 3 and then slid along the surface several times, the excess wax 10 enters the groove 16a, and the thickness of the wax 10 is reduced. For this reason, the sample table 16 is firmly fixed. Further, when removing the sample stage 16, if a release material is applied to the wax 10, the release material flows along the groove 16 a, and the sample stage 16 can be easily removed. The same effect can be obtained when an adhesive is used instead of the wax 10.
  • a scanning stage for a scanning probe microscope that favorably follows high-speed scanning.

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Abstract

　走査ステージは、観察試料を保持する試料台（９）と、試料台（９）をＸＹＺ方向に移動可能な走査機構とを有している。走査機構は、可動部（４）とＸＹ弾性部材とＺ弾性部材（７Ａと７Ｂ）と固定部（５）とからなるＸＹステージと、ＸＹステージが固定される固定台（１）と、可動部（４）をＸ方向に移動させるＸ圧電体（２Ａ）と、可動部（４）をＹ方向に移動させるＹ圧電体と、試料台（９）をＺ方向に移動させる圧電体（３）とを有している。Ｚ圧電体（３）は可動部（４）の上面に固定されており、試料台（９）はＺ圧電体（３）の上面にワックス（１０）で固定されている。

Description

明 細 書
走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ
技術分野
[0001] 本発明は、走査型プローブ顕微鏡に用いられる走査ステージに関する。
背景技術
[0002] 走査型プローブ顕微鏡 (SPM)は、機械的探針を機械的に走査して試料表面の情 報を得る走査型顕微鏡であり、走査型トンネリング顕微鏡 (STM)、原子間力顕微鏡 (AFM)、走査型磁気力顕微鏡 (MFM)、走査型電気容量顕微鏡 (SCaM)、走査 型近接場光顕微鏡 (SNOM)、走査型熱顕微鏡 (SThM)などを含む。最近では試 料表面にダイヤモンド製の探針を押し付けて圧痕をつけ、その圧痕のつき具合を解 祈して試料の固さなどを調べるナノインデンテ一ターなどもこの SPMのひとつに位置 づけられており、前述の各種の顕微鏡と共に広く普及している。
[0003] 走査型プローブ顕微鏡は、例えば機械的探針と試料とを相対的に XY方向にラスタ 一走査し、所望の試料領域の表面情報を機械的探針を介して得るものである。 XY 走査の間、 Z方向にっ ヽても試料と探針との相互作用が一定になるようにフィードバ ック制御している。この Z方向の動きは、規則的な動きをする XY方向の動きとは異な り、試料の表面形状や表面状態を反映するため不規則な動きとなるが、一般に z方 向の走査動作とされている。この Z方向の走査は XYZ各方向のなかでは最も高い周 波数での動きとなる。
[0004] 走査型プローブ顕微鏡に用いられる走査機構は、例えば、観察試料を保持する試 料台と、試料台を走査する走査機構とからなる。試料台を走査機構に固定する方法 のひとつにマグネットを利用した方法があり、この方法は例えば特公平 6— 31737号 公報に開示されている。従来の走査型プローブ顕微鏡の走査速度は比較的ゆっくり としたもので、数分かけて 1枚の像を取得するものであるため、走査対象の重さはあま り問題とされていな力つた。しかし、最近では走査速度の高速ィ匕の要求から 1秒間に 数枚の像を取得できる装置が開発された。高速ィ匕のためには走査対象の重さを軽く する必要があり、マグネットによる固定方法では軽量ィ匕が難しい。特開 2003— 4293 1号公報はグリスを用いて固定する方法を提案している。この方法は試料台をグリス により固定するもので、非常に軽く構成できるので高速ィ匕に適して 、る。
発明の開示
[0005] しかし、グリスは常温での粘性が低いため、小さな力で固定位置力も容易に動いて しまう。例えば、 XY方向の走査速度が速くなると、試料台の慣性力により走査機構の 走査動作に追従しなくなってしまう。また、観察対象が水中にあると、走査時における 水の抵抗力で、走査動作への追従性が劣化してしまう。試料台の追従性が悪いと、 取得像が歪んだりして、試料の正しい形状を反映できなくなったり、安定して同じ位 置を観察できなくなったりする。
[0006] 本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、高速走査に も良好に追従する走査型プローブ顕微鏡用走査ステージを提供することである。
[0007] 本発明による走査型プローブ顕微鏡用走査ステージは、観察試料を保持する試料 台と、前記試料台を XYZ方向に移動可能な走査機構とを有しており、前記試料台が ワックスにより前記走査機構に固定されている。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]図 1は、本発明の第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージの平 面図である。
[図 2]図 2は、図 1に示された走査型プローブ顕微鏡用走査ステージの Π-Π線に沿つ た断面図である。
[図 3]図 3は、本発明の第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージの平 面図である。
[図 4]図 4は、本発明の第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージの平 面図である。
[図 5]図 5は、本発明の第四実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージの平 面図である。
[図 6]図 6は、本発明の第五実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージの平 面図である。
発明を実施するための最良の形態 [0009] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
[0010] <第一実施形態 >
第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージを図 1と図 2に示す。図 1と 図 2において、走査ステージは、観察試料を保持する試料台 9と、試料台 9を XYZ方 向に移動可能な走査機構とからなる。走査機構は、可動部 4と XY弾性部材 6Aと 6B と 6Cと 6Dと Z弾性部材 7Aと 7Bと 7Cと 7Dと固定部 5とからなる XYステージと、 XYス テージが固定される固定台 1と、可動部 4を X方向に移動させるための Xァクチユエ一 ターである X圧電体 2Aと、可動部 4を Y方向に移動させるための Yァクチユエ一ター である Y圧電体 2Bと、試料台 9を Z方向に移動させるための Zァクチユエ一ターである Z圧電体 3とから構成されて ヽる。
[0011] 固定台 1の中に固定部 5が接着またはねじ締結によって固定されている。可動部 4 は、 Z弾性部材 7A〜7Dにより固定部 5と接続されている。 Z弾性部材 7A〜7Dは可 動部 4を Z方向に関して高 、剛性をもって支持して 、る。 Z弾性部材 7A〜7Dの配置 位置は可動部 4の中心からほぼ等距離であり、可動部 4の重心は可動部 4のほぼ中 心に位置している。可動部 4は、 XY弾性部材 6A〜6Dにより固定部 5と接続されてい る。 XY弾性部材 6A〜6Dは可動部 4を XY方向に関して剛性をもって支持して 、る。 XY弾性部材 6A〜6Dは XY各駆動軸に対して対称に配置されて ヽる。 XY弾性部 材 6Aと 6Cは X軸上に配置され、 XY弾性部材 6Bと 6Dは Y軸上に配置されている。 また、 XY弾性部材 6Aには X方向駆動用の X圧電体 2Aを当接させる押圧部 8Aが設 けられており、 XY弾性部材 6Bには Y方向駆動用の Y圧電体 2Bを当接させる押圧部 8Bが設けられている。
[0012] 可動部 4と XY弾性部材 6A〜6Dと Z弾性部材 7A〜7Bと固定部 5とからなる XYス テージは一体の部品から切り出されたものであり、例えばアルミニウムなどの材料で できて 、る。 XYステージを固定して!/、る固定台 1は XYステージと同じ質材であって もよいが、好ましくは、ステンレス鋼などのようにアルミニウムよりもヤング率の高い材 料で作られているとよい。
[0013] X方向駆動用の X圧電体 2Aの一端は押圧部 8Aに当接しており、他端は固定台 1 に固定されている。 X圧電体 2Aは X軸に沿って所定の予圧が力かるように配置され ており、 X圧電体 2Aの中心線は可動部 4のほぼ重心を通っている。また、 Y方向駆 動用の Y圧電体 2Bの一端は押圧部 8Bに当接しており、他端は固定台 1に固定され ている。 Y圧電体 2Bは Y軸に沿って所定の予圧が力かるように配置されており、 Y圧 電体 2Bの中心線は可動部 4のほぼ重心を通って!/、る。
[0014] Z方向駆動用の Z圧電体 3は可動部 4の上面に固定されており、 Z圧電体 3の中心 線は可動部 4のほぼ重心を通っている。 Z圧電体 3の表面には有機溶剤などに耐性 のある榭脂材料 11が被覆されて!、る。試料台 9は Z圧電体 3の上面にワックス 10で固 定される。試料台 9はワックス 10の厚さが薄いほど強固に固定される。
[0015] ワックスは常温では非常に粘性が高ぐ粘性は調合によって調整できる。例えば、 動粘性係数は常温でペースト状のものでも約 2000 [mm2Zs]の値になる。実験では 使用のワックスはほぼ固体になる。具体例を示すと、例えば、シリコングリスの粘性係 数は常温で約 60[mm2Zs]、 100°Cで約 30[mm2Zs]であり、半固形ワックスの粘 性係数は常温で 1000以上 [mm2Zs]、 100°Cで約 15. 3 [mm2Zs]である。
[0016] 試料台 9は、ワックス 10の代わりに可塑性接着剤を用いて Z圧電体 3の上面に固定 されても構わない。
[0017] 観察試料は試料台 9に固定される。観察試料は試料台に直接固定されても、観察 試料を適切に固定する媒介物を介して固定されてもよい。
[0018] 次に作用について説明する。例えば観察試料すなわち試料台 9を X方向へ変位さ せる場合について説明する。可動部 4を X方向に駆動する場合には X圧電体 2Aに 電圧を印加して伸縮させる。 X圧電体 2Aの一端は固定台 1に固定されているため、 X圧電体 2Aが変位することにより他端に当接された押圧部 8Aが変位する。この変位 は XY弾性部材 6Aに伝わる力 XY弾性部材 6Aの X軸に平行に延びた薄板ばね部 分は X方向剛性が高いため、変位は可動部 4へ伝達される。このとき、 Y軸に対して 対称な位置に配置された X軸上の XY弾性部材 6Cは、 Y軸に平行に延びた薄板ば ね部の X方向剛性が低いため、可動部 4の変位を妨げない。また、 Y軸上に配置され た XY弾性部材 6Bと 6Dの Y軸に平行に延びた薄板ばね部は X方向の剛性が低いた め、これらも可動部 4の変位を妨げない。さらに、可動部 4の Z方向を高剛性に支持 する Z弾性部材 7A〜7Dは XY方向の剛性が低 、ため可動部 4の変位を妨げな 、。 このため X圧電体 2Aの伸縮に応じて可動部 4は X方向に変位する。
[0019] さらに可動部 4が X方向に移動する場合、駆動軸に対して XY弾性部材 6A〜6Dが 対称に配置されているため、 XY平面内において回転動作することなく直線的に変位 する。また、可動部 4が X方向に移動する場合、その下面に設けられた Z弾性部材 7 A〜7Dが平行板ばねとして作用するため、可動部 4の上面は傾くことなく水平に移 動する。さらに、圧電体の中心を通り駆動方向へ延びる駆動力線が可動部重心を通 つて ヽるため、可動部 4が高速で移動した場合にぉ ヽても慣性力による回転モーメン トが発生しにくぐ回転動作なく高精度に変位する。
[0020] また、 X圧電体 2Aが変位すると、 XY弾性部材 6Aの変形に伴う反作用力が固定台 1の X圧電体 2Aを固定している部位に作用する。しかし固定台 1はヤング率の高い 材質で作られており、 X圧電体 2Aの固定部分の変形が少ないため、 X圧電体 2Aの 変位のほとんどは押圧部 8Aへ伝えられる。
[0021] Y方向への移動に関しても X方向と同様のことが言える。
[0022] 観察試料すなわち試料台 9を Z方向に移動させる場合は Z圧電体 3に電圧を印加し て伸縮させる。
[0023] 以上のように試料台 9を動かすとき、高速に動かせば動かすほど試料台 9の慣性力 は大きくなる。また、生体試料観察するために試料台 9が水中に置かれた場合は試 料台 9が受ける水の抵抗力が大きくなる。しかし、試料台 9はワックス 10によって強固 に固定されているため、慣性力や抵抗力を受けても走査機構の動きに追従性良く移 動する。このため、観察試料の形状を正確に反映したゆがみの少ない観察像を安定 して得ることがでさる。
[0024] 観察終了後に試料台 9を取り外す際、有機溶媒などの剥離材をワックス 10に与える とワックス 10が溶け、試料台 9を容易に取り外すことができる。このとき、 Z圧電体 3の 表面には榭脂材料 11が被覆されているため、有機溶媒により Z圧電体 3が壊れること はない。
[0025] <第二実施形態 >
第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージを図 3に示す。本実施形 態は、第一実施形態の構成に熱源と温度コントローラーを付加した構成をしている。 走査機構の構成と作用は第一実施形態と同様である。
[0026] Z圧電体 3を取り囲むようにヒーター 12が設けられており、ヒーター 12の ONZOFF および温度設定はコントローラー 13により制御される。
[0027] 試料台 9を取り付けるとき、ヒーター 12を ONにすると、ワックス 10は暖められ粘性が 低くなる。このため試料台 9を軽く押し付けるだけで余分なワックス 10は試料台 9下面 力も外に押し出され、ワックス 10の厚さを薄くすることができる。その後、ヒーターの電 源を OFFにすると、ワックス 10の粘性は高くなり、試料台 9は強固に固定される。
[0028] また、試料台 9を取り外すとき、ヒーター 12の電源を ONにすると、ワックス 10の粘性 が再び低くなるため、小さな力で試料台 9を Z圧電体力 取り外すことができる。この ため、 Z圧電体に無理な力をかけ、破壊する心配がない。
[0029] また、 AFM観察時にヒーターを ONにすることにより、観察試料とその周辺温度を 任意に設定した温度に制御することも可能である。
[0030] <第三実施形態 >
第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージを図 4に示す。本実施形 態は、第一実施形態の構成に熱源と温度コントローラーを付加した構成をしている。 走査機構の構成と作用は第一実施形態と同様である。
[0031] 走査機構の近くにヒーター 14が置かれ、ヒーター 14の ONZOFFおよび温度設定 はコントローラー 13により制御される。試料台 9へのワックス塗布はヒーター 14上で行 なわれる。ヒーター 14を ONにした状態で試料台 9の下面にワックス 10を塗布し、ヒー ター 14の上に置く。するとワックス 10は暖められ粘性が低くなる。このため試料台 9を 軽く押し付けるだけで余分なワックス 10は試料台 9下面力も外に押し出され、ワックス の厚さを薄くすることができる。この後、試料台 9を Z圧電体 3の上に置くとワックス 10 は冷えて粘性が高くなるため、またワックス 10の厚さが薄いため、試料台 9は強固に 固定される。
[0032] <第四実施形態 >
第四実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージを図 5に示す。本実施形 態は、第一実施形態の構成に熱源と温度コントローラーを付加した構成をしている。 走査機構の構成と作用は第一実施形態と同様である。 [0033] 試料台 9は、試料台 9を保持し得る保持具ヒーター 15を用いて着脱される。保持具 ヒーター 15は例えばピンセットにヒーターが取り付けられたようなもので、試料台 9を つかんで自在に移動させることができる。また、保持具ヒーター 15の ON/OFFおよ び温度設定はコントローラー 13により制御される。
[0034] 試料台 9を保持具ヒーター 15で保持し、 Z圧電体 3に固定する際に保持具ヒーター 15を ONするとワックスは暖められ粘性が低くなる。このため試料台 9を軽く押し付け るだけで余分なワックスは試料台 9下面力 外に押し出され、ワックスの厚さを薄くす ることができる。ここでヒーターの電源を OFFする、または保持具ヒーター 15から試料 台 9を取り外すことでワックスは冷やされ、粘性は高くなり、試料台 9は強固に固定さ れる。また、試料台 9を取り外すとき保持具ヒーター 15の電源を ONにし、試料台 9を 保持するとワックス 10の粘性が低くなるため、小さな力で試料台 9を Z圧電体から取り 外すことができる。このため、 Z圧電体に無理な力をかけて破壊する心配がない。
[0035] <第五実施形態 >
第五実施形態の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージを図 6に示す。本実施形 態は、第一実施形態の構成中の試料台が変更された構成をしている。走査機構の 構成と作用は第一実施形態と同様である。
[0036] 試料台 16は、その下面すなわち Z圧電体 3に接合される面に溝 16aを有している。
このため、試料台 16を Z圧電体 3の上面に取り付けた後、その面に沿って何回か滑ら せると、余分なワックス 10が溝 16aに入り、ワックス 10の厚さが薄くなる。このため、試 料台 16は強固に固定される。また、試料台 16を取り外す際に、剥離材をワックス 10 に与えると、溝 16aに沿って剥離材が流れ、試料台 16の取り外しが容易になる。また 、ワックス 10ではなく接着剤を用いた場合も同様な効果を得る。
[0037] これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べた力 本発明は、これらの 実施形態に限定されるものではなぐ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。
産業上の利用可能性
[0038] 本発明によれば、高速走査にも良好に追従する走査型プローブ顕微鏡用走査ステ ージが提供される。

Claims

請求の範囲
[1] 観察試料を保持する試料台（9； 16)と、
前記試料台（9； 16)を XYZ方向に移動可能な走査機構とを備えて ヽる走査型プロ ーブ顕微鏡用走査ステージにおいて、
前記試料台（9 ; 16)がワックス（10)により前記走査機構に固定されていることを特 徴とする走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ。
[2] 前記走査機構は、可動部 (4)と、可動部 (4)を X方向に移動させる Xァクチユエータ 一 (2A)と、可動部 (4)を Y方向に移動させる Yァクチユエ一ター（2B)と、試料台（9) を Z方向に移動させる Zァクチユエ一ター（3)とを有し、 Zァクチユエ一ター（3)は可動 部（4)の上面に固定され、試料台（9)は Zァクチユエ一ター（3)の上面に固定されて V、ることを特徴とする請求項 1に記載の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ。
[3] 前記試料台（9； 16)を前記走査機構に着脱する際に前記試料台（9； 16)の近くに 熱源（12 ; 14 ; 15)が置かれることを特徴とする請求項 1に記載の走査型プローブ顕 微鏡用走査ステージ。
[4] 前記熱源 ( 12)が Zァクチユエ一ター（3)を取り囲むように設けられたヒーターである ことを特徴とする請求項 3に記載の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ。
[5] 前記熱源（14)が走査機構の近くに置かれたヒーターであることを特徴とする請求 項 3に記載の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ。
[6] 前記熱源（15)が試料台（9)を保持し得る保持具ヒーターであることを特徴とする請 求項 3に記載の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ。
[7] 前記試料台（16)は前記走査機構に接合される面に溝（16a)を有していることを特 徴とする請求項 1に記載の走査型プローブ顕微鏡用走査ステージ。
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