JP2006329704A - Scanning probe microscope - Google Patents
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Abstract
【課題】走査範囲を大きくでき、しかも高精度に試料の観察を行うことができる走査型プロ−ブ顕微鏡を提供する。
【解決手段】探針1と、探針1の位置を検出する位置検出器2と、探針1を試料Sに対して直交する方向に変位させる変位機構3と、変位機構3をZ軸に対して直交するX軸方向に移動させる走査機構4と、変位機構3をZ軸及びX軸に対して相互に直交するY軸方向に移動させる走査機構5とを備えた走査型プローブ顕微鏡である。変位機構3をZ軸方向に伸縮する圧電素子10にて構成する。走査機構4を、Y軸方向に伸縮する圧電素子11と、圧電素子11の伸縮をX軸方向の伸縮に拡大変換するリンク機構12にて構成する。走査機構5を、X軸方向に伸縮する圧電素子13と、圧電素子13の伸縮をY軸方向の伸縮に拡大変換するリンク機構14にて構成する。
【選択図】図1There is provided a scanning probe microscope capable of increasing a scanning range and observing a sample with high accuracy.
A probe, a position detector 2 for detecting the position of the probe 1, a displacement mechanism 3 for displacing the probe 1 in a direction orthogonal to a sample S, and a displacement mechanism 3 on the Z axis. The scanning probe microscope includes a scanning mechanism 4 that moves in a direction perpendicular to the X axis and a scanning mechanism 5 that moves the displacement mechanism 3 in a Y axis direction perpendicular to the Z axis and the X axis. . The displacement mechanism 3 is composed of a piezoelectric element 10 that expands and contracts in the Z-axis direction. The scanning mechanism 4 includes a piezoelectric element 11 that expands and contracts in the Y-axis direction, and a link mechanism 12 that enlarges and converts the expansion and contraction of the piezoelectric element 11 to expand and contract in the X-axis direction. The scanning mechanism 5 includes a piezoelectric element 13 that expands and contracts in the X-axis direction, and a link mechanism 14 that enlarges and converts the expansion and contraction of the piezoelectric element 13 to expand and contract in the Y-axis direction.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、走査型プローブ顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to a scanning probe microscope.
近年、ナノテクノロジーの急速な進歩に伴う微細化の波が、あらゆる分野、業界に及んでおり、微細計測ツールを使用する必然性が高まっている。こうした状況の中、原子配列構造などの解析に使用されていていた走査型プローブ顕微鏡である原子間力顕微鏡(例えば、特許文献1参照)が注目されている。走査型プローブ顕微鏡は、原子オーダ(ナノメータ以下)の測定分解能を有するものであり、表面の形状計測を初め、各種分野に適用されつつある。検出に利用する物理量に依存して、走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、磁気力顕微鏡(MFM)等がある。 In recent years, the wave of miniaturization accompanying rapid advancement of nanotechnology has spread to all fields and industries, and the necessity to use fine measurement tools is increasing. Under such circumstances, an atomic force microscope (see, for example, Patent Document 1), which is a scanning probe microscope that has been used for analyzing an atomic arrangement structure or the like, has attracted attention. The scanning probe microscope has a measurement resolution of atomic order (nanometer or less) and is being applied to various fields including surface shape measurement. Depending on the physical quantity used for detection, there are a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), a magnetic force microscope (MFM), and the like.
原子間力顕微鏡は、図5に示すように、試料ステージ70を有するフレーム71と、このフレーム71に設けられる探針接近用機構72と、この探針接近用機構72に付設されるXYZ微動機構73とを備え、このXYZ微動機構73に、先端に探針74を有するカンチレバー75が付設されている。また、カンチレバー75の近傍には、カンチレバー75の変位量を検出する変位検出器76が配置されている。この場合、探針接近用機構72は、測定を行う前に探針74を、試料ステージ70上の試料77に接近させるためのものであり、XYZ微動機構73は、試料77に対して直交する方向であるZ軸方向と、このZ軸方向に対して相互に直交する方向のX軸方向及びY軸方向とにそれぞれ伸縮するピエゾ圧電素子を使用した円筒型のアクチュエータによって構成されている。すなわち、Z方向圧電素子の電圧を印加することによって、このアクチュエータをZ軸方向に伸縮させることができ、X方向圧電素子に電圧を印加することによって、このアクチュエータをX軸方向に伸縮させることができ、Y方向圧電素子に電圧を印加することによって、このアクチュエータをY軸方向に伸縮させることができる。 As shown in FIG. 5, the atomic force microscope includes a frame 71 having a sample stage 70, a probe approach mechanism 72 provided on the frame 71, and an XYZ fine movement mechanism attached to the probe approach mechanism 72. 73, and the XYZ fine movement mechanism 73 is provided with a cantilever 75 having a probe 74 at the tip. A displacement detector 76 that detects the amount of displacement of the cantilever 75 is disposed in the vicinity of the cantilever 75. In this case, the probe approach mechanism 72 is for making the probe 74 approach the sample 77 on the sample stage 70 before performing the measurement, and the XYZ fine movement mechanism 73 is orthogonal to the sample 77. It is constituted by a cylindrical actuator using a piezoelectric element that expands and contracts in the Z-axis direction, which is the direction, and in the X-axis direction and the Y-axis direction that are orthogonal to the Z-axis direction. That is, the actuator can be expanded and contracted in the Z-axis direction by applying a voltage of the Z-direction piezoelectric element, and the actuator can be expanded and contracted in the X-axis direction by applying a voltage to the X-direction piezoelectric element. The actuator can be expanded and contracted in the Y-axis direction by applying a voltage to the Y-direction piezoelectric element.
また、変位検出器76としては、レーザ光を照射する光源と、レーザ光を受ける光検出器とから構成される。光源からのレーザ光は、カンチレバー75の背面の反射面で反射され、光検出器に入射され、これによって、カンチレバー75のたわみ変化を知ることができる。 The displacement detector 76 includes a light source that emits laser light and a photodetector that receives the laser light. The laser light from the light source is reflected by the reflecting surface on the back surface of the cantilever 75 and is incident on the photodetector, whereby the change in deflection of the cantilever 75 can be known.
すなわち、探針74を試料77に近づけていくと、ファンデルワールス力等により最初に引力が働き、探針74が引きつけられる。さらに近づけていくと探針74先端の電子雲と試料間で斥力が働き始める。両者の間隔が縮まるに従ってやがて引力と斥力が平行し、さらには斥力が支配的になる。原子間力の検出はカンチレバー75のたわみによる振れをとられる。カンチレバー75の先端の背面にレーザ光を当て、反射した光を変位検出器76に入射させ、これを電気信号としてレーザスポットの受光バランスを検出すると、上下あるいは横方向のカンチレバー75のたわみ変化を知ることができる。 That is, when the probe 74 is brought closer to the sample 77, the attractive force is first exerted by van der Waals force or the like, and the probe 74 is attracted. As it gets closer, repulsive force begins to work between the electron cloud at the tip of the probe 74 and the sample. As the distance between the two decreases, the attractive force and the repulsive force eventually become parallel, and the repulsive force becomes dominant. The atomic force is detected by the deflection of the cantilever 75. When the laser beam is applied to the back surface of the tip of the cantilever 75 and the reflected light is incident on the displacement detector 76, and the received light balance of the laser spot is detected using this as an electrical signal, the change in deflection of the cantilever 75 in the vertical and horizontal directions is known. be able to.
そして、探針74が試料77にコンタクトしている状態でX軸方向及びY軸方向へ二次的に走査すると、試料77の形状に沿ってカンチレバー75がたわもうとする。このたわみの変化をZ方向圧電素子にフィードバックして、常に一定のたわみ量を保持するように追従させ、Z方向圧電素子の伸縮変化量を制御部(コンピュータ)で取り込んでいく。取り込んだデータは二次的な配列となり、それぞれに伸縮変化量を持っているため、三次元形状として試料77の表面構造を画像化することが可能となる。すなわち、変位のフィードバック量を画像化することからサンプル形状の高さ情報を長さの単位で取得することができる。
上記のように、X軸方向及びY軸方向の走査にはそれぞれ圧電素子を用いるが、圧電素子の形状等から走査範囲には限界があった。また、限度まで走査範囲を拡大させた場合、精度や剛性に問題が生じる。すなわち、従来の走査型プローブ顕微鏡では、X軸方向及びY軸方向の走査はそれぞれ100ミクロン程度が限界であった。しかしながら、近年では、大型の液晶パネル等が出現して1個の画素が大きくなっている。このため、このようなものに対応するために、走査範囲の広いものが求められるようになってきた。 As described above, piezoelectric elements are used for scanning in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, but the scanning range is limited due to the shape of the piezoelectric elements. Further, when the scanning range is expanded to the limit, problems occur in accuracy and rigidity. That is, in the conventional scanning probe microscope, scanning in the X-axis direction and the Y-axis direction is limited to about 100 microns. However, in recent years, large liquid crystal panels and the like have appeared, and one pixel has become larger. For this reason, in order to cope with such a thing, the thing with a wide scanning range has come to be calculated | required.
上記のように、XYZ微動機構73がピエゾ圧電素子を使用した円筒型のアクチュエータであれば、さらに次のような問題点があった。すなわち、ヒステリシスによる非直線性を補正する必要があり、また、駆動電圧と走査範囲が比例しないと共に走査速度によって走査範囲が変化するため、これらの補正を行う必要がある。さらに、任意の角度に回転して走査したときの画像の歪み、圧電素子のクリープ(履歴)特性による画像の歪みや位置ずれ、ズームスキャン時の位置精度上の問題がある。しかも、上記のような補正のため、ソフトウェアにおける補正計算式が複雑であると共に、改良にも限界があり、出荷・定期校正の手順が難解で処理時間も大となっていた。 As described above, if the XYZ fine movement mechanism 73 is a cylindrical actuator using a piezoelectric element, there are the following problems. That is, it is necessary to correct non-linearity due to hysteresis, and since the drive voltage and the scanning range are not proportional and the scanning range changes depending on the scanning speed, it is necessary to correct these. Furthermore, there are problems in image distortion when scanned by rotating to an arbitrary angle, image distortion and displacement due to creep (history) characteristics of the piezoelectric element, and positional accuracy during zoom scanning. In addition, because of the above correction, the correction calculation formula in the software is complicated and there is a limit to the improvement. The procedure for shipping and periodic calibration is difficult and the processing time is long.
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、走査範囲を大きくでき、しかも高精度に試料の観察を行うことができる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described conventional drawbacks, and an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope capable of increasing the scanning range and observing a sample with high accuracy. It is in.
そこで請求項1の走査型プローブ顕微鏡は、探針1と、この探針1の位置を検出する位置検出器2と、上記探針1を試料Sに対して直交する方向のZ軸方向に変位させるZ軸方向変位機構3と、Z軸方向変位機構3を上記Z軸に対して直交する方向のX軸方向に移動させるX軸方向走査機構4と、Z軸方向変位機構3を上記Z軸及びX軸に対して相互に直交する方向のY軸方向に移動させるY軸方向走査機構5とを備えた走査型プローブ顕微鏡であって、上記Z軸方向変位機構3を上記Z軸方向に伸縮するZ方向圧電素子10にて構成し、上記X軸方向走査機構4を、上記Y軸方向に伸縮するY方向圧電素子11と、このY方向圧電素子11のY軸方向の伸縮を上記X軸方向の伸縮に拡大変換するX方向変換用リンク機構12とで構成し、上記Y軸方向走査機構5を、上記X軸方向に伸縮するX方向圧電素子13と、このX方向圧電素子13のX軸方向の伸縮を上記Y軸方向の伸縮に拡大変換するY方向変換用リンク機構14とで構成したことを特徴としている。 Accordingly, the scanning probe microscope of claim 1 includes a probe 1, a position detector 2 that detects the position of the probe 1, and the probe 1 is displaced in the Z-axis direction perpendicular to the sample S. The Z-axis direction displacement mechanism 3 to be moved, the X-axis direction scanning mechanism 4 to move the Z-axis direction displacement mechanism 3 in the X-axis direction perpendicular to the Z-axis, and the Z-axis direction displacement mechanism 3 to the Z-axis And a scanning probe microscope having a Y-axis direction scanning mechanism 5 that moves in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis, the Z-axis direction displacement mechanism 3 extending and contracting in the Z-axis direction And the X-axis direction scanning mechanism 4 includes a Y-direction piezoelectric element 11 that expands and contracts in the Y-axis direction and the Y-axis direction expansion and contraction of the Y-direction piezoelectric element 11 in the X-axis. The X direction conversion link mechanism 12 that expands and converts the direction to expansion and contraction The Y-axis direction scanning mechanism 5 includes an X-direction piezoelectric element 13 that expands and contracts in the X-axis direction, and a Y-direction conversion link that expands and converts the X-axis direction expansion and contraction of the X-direction piezoelectric element 13 into the Y-axis direction expansion and contraction. It is characterized by comprising the mechanism 14.
請求項2の走査型プローブ顕微鏡は、上記各変換用リンク機構12、14は、圧電素子11、13の両端部側に配置されてこの圧電素子11、13の変位に伴って圧電素子長手方向に変位する端部部材15、16、31、32と、両端部側の端部部材15、16、31、32を端部ヒンジ部21、22、23、24、37、38、39、40を介して連結してその中間ピンジ部25、26、41、42が電圧印加前において端部部材15、16、31、32を結ぶ直線A、Bよりも内側又は外側に配置される連結部材19、20、35、36とを備え、電圧印加によって、圧電素子11、13の変位を圧電素子長手方向と直交する方向の上記連結部材19、20、35、36の中間部17、18、33、34の変位に変換することを特徴としている。 In the scanning probe microscope according to the second aspect, each of the conversion link mechanisms 12 and 14 is disposed on both ends of the piezoelectric elements 11 and 13 and is moved in the longitudinal direction of the piezoelectric element in accordance with the displacement of the piezoelectric elements 11 and 13. The end members 15, 16, 31, 32 that are displaced and the end members 15, 16, 31, 32 on both ends are connected to the end hinges 21, 22, 23, 24, 37, 38, 39, 40. The connecting members 19, 20 are arranged so that the intermediate pinge portions 25, 26, 41, 42 are arranged inside or outside the straight lines A, B connecting the end members 15, 16, 31, 32 before voltage application. , 35, and 36, and by applying a voltage, the displacement of the piezoelectric elements 11 and 13 of the intermediate portions 17, 18, 33, and 34 of the connecting members 19, 20, 35, and 36 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric elements It is characterized by converting to displacement There.
請求項3の走査型プローブ顕微鏡は、上記X軸方向走査機構4及びY軸方向走査機構5によるZ方向圧電素子10の移動と共に上記位置検出器2が一体に移動するように、位置検出器2を上記Z方向圧電素子10側に配置したことを特徴としている。 The scanning probe microscope according to a third aspect of the present invention includes a position detector 2 such that the position detector 2 moves integrally with the movement of the Z-direction piezoelectric element 10 by the X-axis direction scanning mechanism 4 and the Y-axis direction scanning mechanism 5. Is arranged on the Z-direction piezoelectric element 10 side.
請求項4の走査型プローブ顕微鏡は、上記Z方向圧電素子10の下端に、先端に探針1が付設されたカンチレバー6の基端を連結し、レーザ光をZ方向圧電素子10の中心線Oに沿って照射するレーザ出力部7を、Z方向圧電素子10の上方に設け、カンチレバー6の背面で反射されたレーザ反射光を上記位置検出器2に入光させることを特徴としている。 In the scanning probe microscope of claim 4, the base end of the cantilever 6 having the probe 1 attached to the tip is connected to the lower end of the Z-direction piezoelectric element 10, and the laser beam is sent to the center line O of the Z-direction piezoelectric element 10. Is provided above the Z-direction piezoelectric element 10 so that the laser reflected light reflected from the back surface of the cantilever 6 enters the position detector 2.
請求項1の走査型プローブ顕微鏡によれば、X軸方向走査機構を、Y軸方向に伸縮するY方向圧電素子と、このY方向圧電素子のY軸方向の伸縮をX軸方向の伸縮に拡大変換するX方向変換用リンク機構とで構成したので、X軸方向の走査範囲を、圧電素子の伸縮のみのものでもって定められる従来のものに比べて大きくとることができる。また、Y軸方向走査機構を、X軸方向に伸縮するX方向圧電素子と、このX方向圧電素子のX軸方向の伸縮をY軸方向の伸縮に拡大変換するY方向変換用リンク機構とで構成したので、Y軸方向の走査範囲を、圧電素子の伸縮のみのものでもって定められる従来のものに比べて大きくとることができる。このように、X軸方向及びY軸方向の走査範囲を大きくとることができ、近年において普及してきた大型液晶パネルの画素サイズに対応できる。しかも、Z軸方向変位機構を上記Z軸方向に伸縮するZ方向圧電素子にて構成しているので、安定した画像を得ることができる。また、XY直交度及びZ方向の湾曲特性等の問題点が無くなり、ソフトウェア上での補正が少なくなって、複雑な補正式を必要とせず、プログラムの簡略化を達成できる。さらに、X軸方向走査機構とY軸方向走査機構とは、それぞれ、圧電素子とリンク機構とで構成することができるので、機構として簡素化を図ることができ、組み付け調整が簡単となって、取り付け精度が向上して、走査中心軸や光軸精度(レーザ出力部からのレーザ光及びカンチレバーからの反射光の光軸の精度)が良くなり、観察精度の向上が達成できる。 According to the scanning probe microscope of claim 1, the X-axis direction scanning mechanism is expanded to expand and contract in the Y-axis direction, and the Y-direction piezoelectric element that expands and contracts in the Y-axis direction. Since the X-direction conversion link mechanism for conversion is used, the scanning range in the X-axis direction can be made larger than the conventional one that is determined only by expansion and contraction of the piezoelectric element. Further, the Y-axis direction scanning mechanism includes an X-direction piezoelectric element that expands and contracts in the X-axis direction, and a Y-direction conversion link mechanism that expands and converts the X-axis direction expansion and contraction of the X-direction piezoelectric element into the Y-axis direction expansion and contraction. Since it is configured, the scanning range in the Y-axis direction can be made larger than the conventional range determined only by the expansion and contraction of the piezoelectric element. In this way, the scanning range in the X-axis direction and the Y-axis direction can be increased, and the pixel size of a large-sized liquid crystal panel that has become widespread in recent years can be accommodated. In addition, since the Z-axis direction displacement mechanism is composed of the Z-direction piezoelectric element that expands and contracts in the Z-axis direction, a stable image can be obtained. Further, problems such as the XY orthogonality and the bending characteristics in the Z direction are eliminated, the correction on the software is reduced, a complicated correction formula is not required, and the program can be simplified. Furthermore, since the X-axis direction scanning mechanism and the Y-axis direction scanning mechanism can each be constituted by a piezoelectric element and a link mechanism, the mechanism can be simplified and the assembly adjustment can be simplified. The mounting accuracy is improved, the scanning center axis and the optical axis accuracy (the accuracy of the optical axis of the laser beam from the laser output unit and the reflected beam from the cantilever) are improved, and the observation accuracy can be improved.
請求項2の走査型プローブ顕微鏡によれば、圧電素子の変位を圧電素子長手方向と直交する方向の上記連結部材の中間部の変位に変換するものであるので、X軸方向及びY軸方向の走査範囲を従来のものに比べて確実に大きくとることができ、しかもリンク機構の構造も簡単であり、全体として大型化せずかつその走査精度もよい。 According to the scanning probe microscope of the second aspect, since the displacement of the piezoelectric element is converted into the displacement of the intermediate portion of the connecting member in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric element, The scanning range can be surely made larger than that of the conventional one, and the structure of the link mechanism is simple, the overall size is not increased, and the scanning accuracy is good.
請求項3の走査型プローブ顕微鏡によれば、X軸方向走査機構及びY軸方向走査機構によるZ方向圧電素子の移動と共に上記位置検出器が一体に移動するので、安定した観察を行うことができ、観察精度の向上を図ることができる。特に、X軸方向走査機構をY方向圧電素子とX方向変換用リンク機構とで構成し、Y軸方向走査機構をX方向圧電素子とY方向変換用リンク機構とで構成しているので、これら各走査機構は剛性上優れており、Z方向圧電素子と位置検出器との一体移動を安定して行うことができ、高精度の観察を常時安定して行うことがきる。 According to the scanning probe microscope of the third aspect, since the position detector moves integrally with the movement of the Z-direction piezoelectric element by the X-axis direction scanning mechanism and the Y-axis direction scanning mechanism, stable observation can be performed. The observation accuracy can be improved. In particular, the X-axis direction scanning mechanism is composed of a Y-direction piezoelectric element and an X-direction conversion link mechanism, and the Y-axis direction scanning mechanism is composed of an X-direction piezoelectric element and a Y-direction conversion link mechanism. Each scanning mechanism is excellent in rigidity, can stably move the Z-direction piezoelectric element and the position detector integrally, and can always perform highly accurate observation stably.
請求項4の走査型プローブ顕微鏡によれば、レーザ光をZ方向圧電素子に中心線に沿って照射するレーザ出力部を、Z方向圧電素子の上方に設けたので、レーザ光がZ方向圧電素子を通過することになり、全体のコンパクト化を図ると共に、精度良くカンチレバーの背面で反射されたレーザ反射光を位置検出器に入光させることができ、一層の観察精度向上を達成できる。 According to the scanning probe microscope of the fourth aspect, since the laser output unit for irradiating the Z direction piezoelectric element with the laser beam along the center line is provided above the Z direction piezoelectric element, the laser beam is transmitted in the Z direction piezoelectric element. As a result, the laser reflected light reflected from the back surface of the cantilever can be incident on the position detector with high accuracy, and a further improvement in observation accuracy can be achieved.
次に、この発明の走査型プローブ顕微鏡の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は走査型プローブ顕微鏡の全体簡略図であり、この走査型プローブ顕微鏡は、探針1と、この探針1の位置を検出する位置検出器2と、上記探針1を試料Sに対して直交する方向のZ軸方向に変位させるZ軸方向変位機構3と、Z軸方向変位機構3を上記Z軸に対して直交する方向のX軸方向に移動させるX軸方向走査機構(以下、X微動ステージと呼ぶ場合がある)4と、Z軸方向変位機構3を上記Z軸及びX軸に対して相互に直交する方向のY軸方向に移動させるY軸方向走査機構(以下、Y微動ステージと呼ぶ場合がある)5とを備える。 Next, specific embodiments of the scanning probe microscope of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall simplified view of a scanning probe microscope. The scanning probe microscope includes a probe 1, a position detector 2 for detecting the position of the probe 1, and the probe 1 with respect to a sample S. Z-axis direction displacement mechanism 3 for displacing the Z-axis direction displacement mechanism 3 in the Z-axis direction, and an X-axis direction scanning mechanism for moving the Z-axis direction displacement mechanism 3 in the X-axis direction perpendicular to the Z-axis (hereinafter, 4) and a Y-axis direction scanning mechanism (hereinafter referred to as Y-fine movement) that moves the Z-axis direction displacement mechanism 3 in the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis and the X-axis. 5) (sometimes called a stage).
Z軸方向変位機構3は、電圧を印加することによって、Z軸方向に伸縮するZ方向圧電素子10からなり、この下端にカンチレバー6が付設され、このカンチレバー6の先端に探針1が設けられている。カンチレバー6は、平板状の基板からなり、Z軸に対して所定角度を成すようにその基端側がZ方向圧電素子10に取り付けられている。そして、光源(レーザ出力部)7から、カンチレバー6の背面に向けてZ方向圧電素子10の中心線Oに沿ってレーザ光が照射される。このため、位置検出器2は、カンチレバー6の背面にて反射された反射光が入光するフォトダイオードを備える。このフォトダイオードにおいて電気信号(位置検出信号)に変換され、この位置検出信号が加算器8に入力される。なお、このフォトダイオードは複数、例えば4個に分割されている。 The Z-axis direction displacement mechanism 3 includes a Z-direction piezoelectric element 10 that expands and contracts in the Z-axis direction by applying a voltage. A cantilever 6 is attached to the lower end of the Z-axis direction displacement mechanism 3, and a probe 1 is provided at the tip of the cantilever 6. ing. The cantilever 6 is made of a flat substrate, and its proximal end is attached to the Z-direction piezoelectric element 10 so as to form a predetermined angle with respect to the Z-axis. Then, laser light is emitted from the light source (laser output unit) 7 toward the back surface of the cantilever 6 along the center line O of the Z-direction piezoelectric element 10. For this reason, the position detector 2 includes a photodiode into which the reflected light reflected from the back surface of the cantilever 6 enters. In this photodiode, it is converted into an electric signal (position detection signal), and this position detection signal is input to the adder 8. The photodiode is divided into a plurality of, for example, four.
加算器8では、予め設定された目標設定値と、位置検査信号とが比較されて偏差信号が制御部9に出力される。制御部9では、この偏差信号に基づいてZ方向圧電素子10に印加する電圧を制御して、探針1と試料Sとの間の距離を一定に保持することができる。 In the adder 8, the preset target setting value is compared with the position inspection signal, and a deviation signal is output to the control unit 9. The control unit 9 can control the voltage applied to the Z-direction piezoelectric element 10 based on the deviation signal, and can keep the distance between the probe 1 and the sample S constant.
図2に示すように、X微動ステージ4は、上記Y軸方向に伸縮するY方向圧電素子11と、このY方向圧電素子11のY軸方向の伸縮を上記X軸方向の伸縮に拡大変換するX方向変換用リンク機構12とで構成し、また、図3に示すように、Y微動ステージ5を、上記X軸方向に伸縮するX方向圧電素子13と、このX方向圧電素子13のX軸方向の伸縮を上記Y軸方向の伸縮に拡大変換するY方向変換用リンク機構14とで構成している。 As shown in FIG. 2, the X fine movement stage 4 expands and converts the Y-direction piezoelectric element 11 that expands and contracts in the Y-axis direction and the Y-axis direction expansion and contraction of the Y-direction piezoelectric element 11 into the X-axis direction expansion and contraction. As shown in FIG. 3, the X-direction converting link mechanism 12 and the Y-fine movement stage 5 are expanded and contracted in the X-axis direction, and the X-axis of the X-direction piezoelectric element 13 is X-axis. It is composed of a Y-direction changing link mechanism 14 for enlarging and converting the direction expansion and contraction to the Y-axis direction expansion and contraction.
X方向変換用リンク機構12は、Y方向圧電素子11の両端部側に配置されてこのY方向圧電素子11の変位に伴って圧電素子長手方向に変位する端部部材15、16と、両端部側の端部部材15、16を連結してその中間部17、18が電圧印加前において端部部材15、16を結ぶ直線A、Aよりも内側に配置される連結部材19、20とを備える。連結部材19、20は、一方の端部部材15側の端部ヒンジ部21、22と、他方の端部部材16側の端部ヒンジ部23、24と、中間部17、18の中間ヒンジ部25、26と、各ヒンジ部21、22、23、24、25、26を連結するリンク27、28、29、30とからなる。すなわち、一方の連結部材19は2本のリンク27、28を有し、他方の連結部材20は2本のリンク29、30を有するものであって、X方向変換用リンク機構12のリンクは合計4本である。 The X-direction converting link mechanism 12 is disposed on both end sides of the Y-direction piezoelectric element 11, and has end members 15 and 16 that are displaced in the longitudinal direction of the piezoelectric element in accordance with the displacement of the Y-direction piezoelectric element 11. Side end members 15 and 16 are connected, and intermediate portions 17 and 18 are provided with connecting members 19 and 20 arranged on the inner side of straight lines A and A connecting end members 15 and 16 before voltage application. . The connecting members 19 and 20 include end hinge portions 21 and 22 on one end member 15 side, end hinge portions 23 and 24 on the other end member 16 side, and intermediate hinge portions of the intermediate portions 17 and 18. 25, 26 and links 27, 28, 29, 30 connecting the respective hinge portions 21, 22, 23, 24, 25, 26. That is, one connecting member 19 has two links 27 and 28, and the other connecting member 20 has two links 29 and 30, and the links of the X-direction converting link mechanism 12 are total. There are four.
Y方向変換用リンク機構14は、X方向圧電素子13の両端部側に配置されてこのX方向圧電素子13の変位に伴って圧電素子長手方向に変位する端部部材31、32と、両端部側の端部部材31、32を連結してその中間部33、34が電圧印加前において端部部材31、32を結ぶ直線B、Bよりも内側に配置される連結部材35、36とを備える。連結部材35、36は、一方の端部部材31側の端部ヒンジ部37、38と、他方の端部部材32側の端部ヒンジ部39、40と、中間部33、34の中間ヒンジ部41、42と、各ヒンジ部37、38、39、40、41、42を連結するリンク43、44、45、46とからなる。すなわち、一方の連結部材35は2本のリンク43、44を有し、他方の連結部材36は2本のリンク45、46を有するものであって、Y方向変換用リンク機構14のリンクは合計4本である。 The Y-direction converting link mechanism 14 is disposed on both ends of the X-direction piezoelectric element 13 and is displaced in the longitudinal direction of the piezoelectric element with the displacement of the X-direction piezoelectric element 13. Side end members 31, 32 are connected, and intermediate portions 33, 34 are provided with connecting members 35, 36 arranged on the inner side of straight lines B, B connecting the end members 31, 32 before voltage application. . The connecting members 35, 36 include end hinge portions 37, 38 on one end member 31 side, end hinge portions 39, 40 on the other end member 32 side, and intermediate hinge portions of the intermediate portions 33, 34. 41, 42 and links 43, 44, 45, 46 for connecting the hinge portions 37, 38, 39, 40, 41, 42 to each other. That is, one connecting member 35 has two links 43 and 44, and the other connecting member 36 has two links 45 and 46, and the links of the Y-direction changing link mechanism 14 are total. There are four.
このため、X方向変換用リンク機構12において、Y方向圧電素子11に電圧が印加されて、Y方向圧電素子11がその長手方向(Y軸方向)に伸びれば、その伸びに伴って連結部材19、20の中間部17、18がY方向圧電素子11に対して離れる方向(X軸方向)に変位する。また、Y方向変換用リンク機構14において、X方向圧電素子13に電圧が印加されて、X方向圧電素子13がその長手方向(X軸方向)に伸びれば、その伸びに伴って連結部材35、36の中間部33、34がX方向圧電素子13に対して離れる方向(Y軸方向)に変位する。 For this reason, in the X-direction converting link mechanism 12, when a voltage is applied to the Y-direction piezoelectric element 11 and the Y-direction piezoelectric element 11 extends in the longitudinal direction (Y-axis direction), the connecting member 19 accompanies the extension. , 20 are displaced in the direction away from the Y-direction piezoelectric element 11 (X-axis direction). In addition, in the Y-direction converting link mechanism 14, when a voltage is applied to the X-direction piezoelectric element 13 and the X-direction piezoelectric element 13 extends in the longitudinal direction (X-axis direction), the connecting member 35, The intermediate portions 33 and 34 of 36 are displaced in a direction away from the X-direction piezoelectric element 13 (Y-axis direction).
X微動ステージ4において、図4に示すように、リンク27、28の長さをLとし、直線Aとリンク27(28)の成す角度をθとしたときに、Y方向圧電素子11がaだけ伸びて、直線Aとリンク27の成す角度がθ1となれば、次の数1のように、aを求めることができ、また、中間部17の圧電素子長手方向と直交する方向の変位量をbとすれば、次の数2のようにbを求めることができる。 In the X fine movement stage 4, as shown in FIG. 4, when the length of the links 27 and 28 is L and the angle formed by the straight line A and the link 27 (28) is θ, the Y-direction piezoelectric element 11 is only a. If the angle formed by the straight line A and the link 27 becomes θ1, the a can be obtained as shown in the following equation 1, and the displacement amount of the intermediate portion 17 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric element can be calculated. If b is assumed, b can be obtained as in the following formula 2.
この際、Y方向圧電素子11が同一量だけ伸びた場合には、電圧を印加する前のリンク27、28の成す角度αが小さい程リンク27、28が大きく揺動して、中間部17の圧電素子長手方向と直交する方向の変位量bを大きくとることができる。また、他方のリンク29、30側においても、同様にその中間部18が圧電素子長手方向と直交する方向に変位し、その変位量が図4に示したリンク27、28側と同一である。このため、Y方向圧電素子11の長手方向の伸びaに対して圧電素子長手方向と直交する方向の全体としての変位は2bとなる。これによって、X微動ステージ4において、Y方向圧電素子11のY軸方向の伸縮をX軸方向の伸縮に拡大変換することができる。そして、この拡大された変位量でもって、Z方向圧電素子10をX軸方向に移動させることができる。 At this time, when the Y-direction piezoelectric element 11 extends by the same amount, the links 27 and 28 swing more greatly as the angle α formed by the links 27 and 28 before the voltage is applied is smaller. The displacement amount b in the direction orthogonal to the piezoelectric element longitudinal direction can be increased. Similarly, on the other links 29 and 30 side, the intermediate portion 18 is displaced in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the piezoelectric element, and the displacement amount is the same as the links 27 and 28 shown in FIG. For this reason, the displacement as a whole in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric element with respect to the longitudinal extension a of the Y-direction piezoelectric element 11 is 2b. Thereby, in the X fine movement stage 4, the expansion and contraction in the Y-axis direction of the Y-direction piezoelectric element 11 can be enlarged and converted to the expansion and contraction in the X-axis direction. Then, the Z-direction piezoelectric element 10 can be moved in the X-axis direction with this increased displacement.
また、Y微動ステージ5においても、X微動ステージ4と同一構造であるので、X方向圧電素子13がその長手方向(X軸方向)にaだけ伸びた場合に、圧電素子長手方向に直交する方向(Y軸方向)に2bだけ変位することになり、X方向圧電素子13のX軸方向の伸縮をY軸方向の伸縮に拡大変換することができる。そして、この拡大された変位量でもって、Z方向圧電素子10をY軸方向に移動させることができる。 Further, since the Y fine movement stage 5 has the same structure as the X fine movement stage 4, when the X direction piezoelectric element 13 extends by a in the longitudinal direction (X axis direction), the direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric element. It is displaced by 2b in the (Y-axis direction), and the expansion and contraction of the X-direction piezoelectric element 13 in the X-axis direction can be enlarged and converted to the expansion and contraction in the Y-axis direction. Then, the Z-direction piezoelectric element 10 can be moved in the Y-axis direction with the increased displacement.
ところで、X微動ステージ4とY微動ステージ5とは図示省略の連結機構によって連結され、X微動ステージ4のY方向圧電素子11に電圧を印加すれば、Z方向圧電素子10をX軸方向に沿って移動させることができ、Y微動ステージ5のX方向圧電素子13に電圧を印加すれば、X微動ステージ4と共にZ方向圧電素子10をY軸方向に沿って移動させることができる。 By the way, the X fine movement stage 4 and the Y fine movement stage 5 are connected by a connection mechanism (not shown), and when a voltage is applied to the Y direction piezoelectric element 11 of the X fine movement stage 4, the Z direction piezoelectric element 10 is moved along the X axis direction. If a voltage is applied to the X-direction piezoelectric element 13 of the Y fine movement stage 5, the Z-direction piezoelectric element 10 can be moved along the Y-axis direction together with the X fine movement stage 4.
X微動ステージ4及びY微動ステージ5はヘッドフレーム(図示省略)に取り付けられ、このX微動ステージ4にレーザ出力部(光源)7を介してZ方向圧電素子10及び位置検出器2が付設される。このため、X微動ステージ4によるZ方向圧電素子10のX軸方向の移動に伴って一体に位置検出器2がX軸方向に移動し、Y微動ステージ5によるZ方向圧電素子10のY軸方向の移動に伴って一体に位置検出器2がY軸方向に移動する。 The X fine movement stage 4 and the Y fine movement stage 5 are attached to a head frame (not shown), and a Z direction piezoelectric element 10 and a position detector 2 are attached to the X fine movement stage 4 via a laser output unit (light source) 7. . For this reason, the position detector 2 integrally moves in the X-axis direction along with the movement of the Z-direction piezoelectric element 10 in the X-axis direction by the X fine movement stage 4, and the Y-direction of the Z-direction piezoelectric element 10 by the Y fine movement stage 5. The position detector 2 moves in the Y-axis direction as a unit.
また、各微動ステージ4、5には圧電素子駆動回路52が接続され、さらに、圧電素子駆動回路52には走査信号発生部53が接続されている。また、この走査信号発生部53には、制御部9と表示装置54とに接続される信号処理部55が接続されている。ここで、走査信号発生部53は信号処理部55からの信号にて、圧電素子駆動回路52に信号を発信して、この圧電素子駆動回路52からX微動ステージ4のY方向圧電素子11及びY微動ステージ5のX方向圧電素子13に電圧を印加することになる。ところで、表示装置54はモニタ画面を有し、このモニタ画面に信号処理部55から得られたデータをもとに観察した試料Sの画像を表示するものである。 A piezoelectric element driving circuit 52 is connected to each fine movement stage 4, 5, and a scanning signal generating unit 53 is connected to the piezoelectric element driving circuit 52. The scanning signal generator 53 is connected to a signal processor 55 connected to the controller 9 and the display device 54. Here, the scanning signal generation unit 53 transmits a signal to the piezoelectric element driving circuit 52 by a signal from the signal processing unit 55, and the Y direction piezoelectric elements 11 and Y of the X fine movement stage 4 are transmitted from the piezoelectric element driving circuit 52. A voltage is applied to the X-direction piezoelectric element 13 of the fine movement stage 5. Incidentally, the display device 54 has a monitor screen, and displays an image of the sample S observed based on the data obtained from the signal processing unit 55 on the monitor screen.
次に、上記のように構成された走査型プローブ顕微鏡を使用した試料Sの観察方法を説明する。まず、Z軸方向変位機構3を使用して、探針1を試料Sの被観察部位に接近させていく。これによって生じる原子間力をカンチレバー6のたわみによる振れとして捕らえることになる。すなわち、カンチレバー6の先端の背面にレーザ光を当て、その反射した光を位置検出器2に入射させる。これを電気信号としてレーザスポットの受光バランスを検出し、上下あるいは横方向のカンチレバー6のたわみ変化を検知する。 Next, an observation method of the sample S using the scanning probe microscope configured as described above will be described. First, the probe 1 is moved closer to the observed portion of the sample S using the Z-axis direction displacement mechanism 3. The interatomic force generated by this is captured as a shake due to the deflection of the cantilever 6. That is, a laser beam is applied to the back surface of the tip of the cantilever 6 and the reflected light is incident on the position detector 2. This is used as an electrical signal to detect the light reception balance of the laser spot, and to detect a change in deflection of the cantilever 6 in the vertical and horizontal directions.
そして、探針1が試料Sにコンタクトしている状態で、走査信号発生部53からの信号に基づいて、圧電素子駆動回路52を介して、X微動ステージ4及び/又はY微動ステージ5を駆動して、Z軸方向変位機構3をX軸方向及び/又はY軸方向に走査(移動)させる。これによって、試料Sの形状に沿ってカンチレバー6がたわもうとする。このたわみの変化をZ軸方向変位機構3のZ方向圧電素子10にフィードバックして、常に一定のたわみ量を保持するように追従させる。この際、Z方向圧電素子10の伸縮変化量を制御部9で取り込む。この取り込んだデータは二次元的な配列となるが、それぞれに伸縮変化量を持っているため、三次元形状として試料Sの表面構造を画像化することが可能となり、制御部9からの信号を信号処理部55にて処理して、この試料Sの表面構造を表示装置54に表示することができる。このため、変位のフィードバック量を画像化することからサンプル形状の高さ情報を長さの単位で取得することができる。 Then, with the probe 1 in contact with the sample S, the X fine movement stage 4 and / or the Y fine movement stage 5 are driven via the piezoelectric element drive circuit 52 based on the signal from the scanning signal generator 53. Then, the Z-axis direction displacement mechanism 3 is scanned (moved) in the X-axis direction and / or the Y-axis direction. Thereby, the cantilever 6 tries to bend along the shape of the sample S. This change in deflection is fed back to the Z-direction piezoelectric element 10 of the Z-axis direction displacement mechanism 3 so that a constant deflection amount is always maintained. At this time, the control unit 9 captures the expansion / contraction change amount of the Z-direction piezoelectric element 10. Although this captured data is a two-dimensional array, each has an expansion / contraction change amount, so that the surface structure of the sample S can be imaged as a three-dimensional shape, and a signal from the control unit 9 is obtained. The surface structure of the sample S can be displayed on the display device 54 by processing in the signal processing unit 55. For this reason, since the displacement feedback amount is imaged, the height information of the sample shape can be acquired in units of length.
上記走査型プローブ顕微鏡では、X軸方向走査機構4を、Y軸方向に伸縮するY方向圧電素子11と、このY方向圧電素子11のY軸方向の伸縮をX軸方向の伸縮に拡大変換するX方向変換用リンク機構12とで構成したので、X軸方向の走査範囲を、圧電素子の伸縮のみのものでもって定められる従来のものに比べて大きくとることができる。また、Y軸方向走査機構5を、X軸方向に伸縮するX方向圧電素子13と、このX方向圧電素子13のX軸方向の伸縮をY軸方向の伸縮に拡大変換するY方向変換用リンク機構14とで構成したので、Y軸方向の走査範囲を、圧電素子の伸縮のみのものでもって定められる従来のものに比べて大きくとることができる。例えば、500μm〜700μm程度までの走査範囲をとることができる。このように、X軸方向及びY軸方向の走査範囲を大きくとることができ、近年において普及してきた大型液晶パネルの画素サイズに対応できる。しかも、Z軸方向変位機構3を上記Z軸方向に伸縮するZ方向圧電素子10にて構成しているので、安定した画像を得ることができる。また、XY直交度及びZ方向の湾曲特性等の問題点が無くなり、ソフトウェア上での補正が少なくなって、複雑な補正式を必要とせず、プログラムの簡略化を達成できる。さらに、X軸方向走査機構4とY軸方向走査機構5とは、それぞれ、圧電素子11、13とリンク機構12、14とで構成することができるので、機構として簡素化を図ることができ、組み付け調整が簡単となって、取り付け精度が向上して、走査中心軸や光軸精度(レーザ出力部7からのレーザ光及びカンチレバー6からの反射光の光軸の精度)が良くなり、観察精度の向上が達成できる。 In the scanning probe microscope, the X-axis direction scanning mechanism 4 expands and converts the Y-direction piezoelectric element 11 that expands and contracts in the Y-axis direction and the Y-axis direction expansion and contraction of the Y-direction piezoelectric element 11 into the X-axis direction expansion and contraction. Since the X-direction converting link mechanism 12 is used, the scanning range in the X-axis direction can be made larger than the conventional one that is determined only by the expansion and contraction of the piezoelectric element. The Y-axis direction scanning mechanism 5 includes an X-direction piezoelectric element 13 that expands and contracts in the X-axis direction, and a Y-direction conversion link that expands and converts the X-axis direction expansion and contraction of the X-direction piezoelectric element 13 into the Y-axis direction expansion and contraction. Since it is configured with the mechanism 14, the scanning range in the Y-axis direction can be made larger than that of the conventional one that is determined only by the expansion and contraction of the piezoelectric element. For example, a scanning range of about 500 μm to 700 μm can be taken. In this way, the scanning range in the X-axis direction and the Y-axis direction can be increased, and the pixel size of a large-sized liquid crystal panel that has become widespread in recent years can be accommodated. Moreover, since the Z-axis direction displacement mechanism 3 is composed of the Z-direction piezoelectric element 10 that expands and contracts in the Z-axis direction, a stable image can be obtained. Further, problems such as the XY orthogonality and the bending characteristics in the Z direction are eliminated, the correction on the software is reduced, a complicated correction formula is not required, and the program can be simplified. Furthermore, since the X-axis direction scanning mechanism 4 and the Y-axis direction scanning mechanism 5 can be composed of the piezoelectric elements 11 and 13 and the link mechanisms 12 and 14, respectively, the mechanism can be simplified. Assembling adjustment is simplified, the mounting accuracy is improved, the scanning center axis and the optical axis accuracy (the accuracy of the optical axis of the laser beam from the laser output unit 7 and the reflected beam from the cantilever 6) are improved, and the observation accuracy Improvement can be achieved.
圧電素子11、13の変位を圧電素子長手方向と直交する方向の上記連結部材19、20、35、36の中間部17、18、33、34の変位に変換するものであるので、X軸方向及びY軸方向の走査範囲を従来のものに比べて確実に大きくとることができ、しかもリンク機構12、14の構造も簡単であり、全体として大型化せずかつその走査精度もよい。さらに、X軸方向走査機構4及びY軸方向走査機構5によるZ方向圧電素子10の移動と共に位置検出器2が一体に移動するので、安定した観察を行うことができ、観察精度の向上を図ることができる。特に、X軸方向走査機構4をY方向圧電素子11とX方向変換用リンク機構12とで構成し、Y軸方向走査機構5をX方向圧電素子13とY方向変換用リンク機構14とで構成しているので、これら各走査機構4、5は剛性上優れており、Z方向圧電素子10と位置検出器2との一体移動を安定して行うことができ、高精度の観察を常時安定して行うことがきる。 Since the displacement of the piezoelectric elements 11 and 13 is converted into the displacement of the intermediate portions 17, 18, 33 and 34 of the connecting members 19, 20, 35 and 36 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the piezoelectric element, the X-axis direction In addition, the scanning range in the Y-axis direction can be surely increased as compared with the conventional one, and the structures of the link mechanisms 12 and 14 are simple, and the overall size is not increased and the scanning accuracy is good. Furthermore, since the position detector 2 moves together with the movement of the Z-direction piezoelectric element 10 by the X-axis direction scanning mechanism 4 and the Y-axis direction scanning mechanism 5, stable observation can be performed and the observation accuracy is improved. be able to. In particular, the X-axis direction scanning mechanism 4 includes a Y-direction piezoelectric element 11 and an X-direction conversion link mechanism 12, and the Y-axis direction scanning mechanism 5 includes an X-direction piezoelectric element 13 and a Y-direction conversion link mechanism 14. Therefore, each of these scanning mechanisms 4 and 5 is excellent in rigidity, can stably perform the integral movement of the Z-direction piezoelectric element 10 and the position detector 2, and can always stably perform high-precision observation. Can be done.
さらに、レーザ光をZ方向圧電素子10に中心線Oに沿って照射するレーザ出力部7を、Z方向圧電素子10の上方に設けたので、レーザ光がZ方向圧電素子10を通過することになり、全体のコンパクト化を図ると共に、精度良くカンチレバー6の背面で反射されたレーザ反射光を位置検出2に入光させることができ、一層の観察精度向上を達成できる。 Further, since the laser output unit 7 for irradiating the Z-direction piezoelectric element 10 along the center line O is provided above the Z-direction piezoelectric element 10, the laser light passes through the Z-direction piezoelectric element 10. Thus, the overall size can be reduced, and the laser reflected light reflected from the back surface of the cantilever 6 can be incident on the position detection 2 with high accuracy, thereby further improving the observation accuracy.
また、試料S表面から探針1に働く力は横方向にも作用する。従ってカンチレバー6の横方向のねじれを検出すると、走査にともなって摩擦力が及ぼす画像を捕らえることができる。これはLFM(摩擦力あるいは水平方向顕微鏡)と呼ばれ、凹凸情報では得ることができない表面構造を検出でき、材料組成の違いなどを検出することができる。そこで、AFM(原子間力顕微鏡)測定と同時に(実際にはAFM測定直後に続けて)LFM画像を測定するようにするのが好ましい。これによって両者の画像の比較を行うことができ、より高精度の観察が可能となる。 Further, the force acting on the probe 1 from the surface of the sample S also acts in the lateral direction. Therefore, when the lateral twist of the cantilever 6 is detected, an image exerted by the frictional force along with the scanning can be captured. This is called LFM (friction force or horizontal microscope), and can detect a surface structure that cannot be obtained by unevenness information, and can detect a difference in material composition. Therefore, it is preferable to measure the LFM image simultaneously with the AFM (atomic force microscope) measurement (actually immediately after the AFM measurement). As a result, both images can be compared, and observation with higher accuracy becomes possible.
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態では、Z軸方向の変位をフィードバックしていたが、フィードバックをかけずに検出信号、すなわちカンチレバー6の振れ信号をそのままの画像化するようにしてもよい。また、各走査機構4、5のリンク機構12、14として、各中間部17、18、33、34が直線A、Bよりも内側に配置されているものを使用したが、直線A、Bよりも外側に配置されているものであってもよい。この場合、X微動ステージ4を直線Aよりも外側に配置されたものとすると共に、Y微動ステージ5を直線Bよりも内側に配置されたものとしたり、逆に、X微動ステージ4を直線Aよりも内側に配置されたものとすると共に、Y微動ステージ5を直線Bよりも外側に配置されたものとしたりすることができる。すなわち、圧電素子11、13の長手方向の伸縮が、長手方向に対して直交する方向に拡大変換されて、その拡大された変位量でもって、Z方向圧電素子10をX軸方向(Y軸方向)に移動させることができればよい。また、上記実施形態では、X微動ステージ4の上にY微動ステージ5を配置しているが、Y微動ステージ5の上にX微動ステージ4を配置するようにしてもよい。ところで、観察する試料Sとしては、液晶パネルに限るものではなく、種々の製品が可能であって、数μmの超微小視野での膜面計測や、0.1mmから0.5mm程度までの形状計測等がこの走査型プローブ顕微鏡では正確に行うことができる。 Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the displacement in the Z-axis direction is fed back, but the detection signal, that is, the shake signal of the cantilever 6 may be imaged as it is without applying the feedback. In addition, as the link mechanisms 12 and 14 of the scanning mechanisms 4 and 5, the intermediate portions 17, 18, 33, and 34 are arranged inside the straight lines A and B, but from the straight lines A and B, May be arranged outside. In this case, the X fine movement stage 4 is arranged outside the straight line A, and the Y fine movement stage 5 is arranged inside the straight line B. Conversely, the X fine movement stage 4 is arranged along the straight line A. In addition, the Y fine movement stage 5 can be arranged outside the straight line B. That is, the expansion and contraction in the longitudinal direction of the piezoelectric elements 11 and 13 is expanded and converted in a direction orthogonal to the longitudinal direction, and the Z-direction piezoelectric element 10 is moved in the X-axis direction (Y-axis direction) with the expanded displacement. ) As long as it can be moved to. In the above embodiment, the Y fine movement stage 5 is arranged on the X fine movement stage 4, but the X fine movement stage 4 may be arranged on the Y fine movement stage 5. By the way, the sample S to be observed is not limited to the liquid crystal panel, and various products can be used. The film surface can be measured in an ultra-fine field of view of several μm, or about 0.1 mm to 0.5 mm. Shape measurement and the like can be accurately performed with this scanning probe microscope.
1・・探針、2・・位置検出器、3・・Z軸方向変位機構、4・・X軸方向走査機構(X微動ステージ)、5・・Y軸方向走査機構(Y微動ステージ)、10・・Z方向圧電素子、11・・Y方向圧電素子、12・・X方向変換用リンク機構、13・・X方向圧電素子、14・・Y方向変換用リンク機構、15、16・・端部部材、17、18・・中間部、19、20・・連結部材、31、32・・端部部材、33、34・・中間部、35、36・・連結部材、O・・中心線、S・・試料 1 .... probe 2 .... position detector 3 .... Z axis direction displacement mechanism 4 .... X axis direction scanning mechanism (X fine movement stage) 5 .... Y axis direction scanning mechanism (Y fine movement stage), 10 .... Z direction piezoelectric element, 11 .... Y direction piezoelectric element, 12 .... X direction conversion link mechanism, 13 .... X direction piezoelectric element, 14 .... Y direction conversion link mechanism, 15, 16, ... end Part member, 17, 18 ... Intermediate part, 19, 20 ... Connecting member 31, 32 ... End member, 33, 34 ... Intermediate part, 35, 36 ... Connecting member, O ... Center line, S ・ ・ Sample
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| JP2005151020A JP2006329704A (en) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | Scanning probe microscope |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=37551548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005151020A Pending JP2006329704A (en) | 2005-05-24 | 2005-05-24 | Scanning probe microscope |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006329704A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010079580A1 (en) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | Ntn株式会社 | Microinjection apparatus and microinjection method |
| JP2016073006A (en) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 有限会社メカノトランスフォーマ | Stage device and drive mechanism used for the same |
| KR101937765B1 (en) | 2017-05-29 | 2019-01-14 | 주식회사 엠씨테크 | Apparatus For Vision Inspection Capable Of Multi-Axial Active Adjustment |
-
2005
- 2005-05-24 JP JP2005151020A patent/JP2006329704A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010079580A1 (en) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | Ntn株式会社 | Microinjection apparatus and microinjection method |
| JP2016073006A (en) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 有限会社メカノトランスフォーマ | Stage device and drive mechanism used for the same |
| KR101937765B1 (en) | 2017-05-29 | 2019-01-14 | 주식회사 엠씨테크 | Apparatus For Vision Inspection Capable Of Multi-Axial Active Adjustment |
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