JP2004004060A - 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 - Google Patents
移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】小型で安定した移動を行える移動ステージ装置を提供する。
【解決手段】ｘｙ移動体１９は、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。スプリング５０の一端は、台座１１上において、駆動体１２，１３，１４の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング５０の他端は、上盤２７上において、駆動体２８，２９，３０の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。このような駆動体の配置と、スプリング５０の取付位置により、ｘｙ移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって均等な力で押され、駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【選択図】 図２
【解決手段】ｘｙ移動体１９は、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。スプリング５０の一端は、台座１１上において、駆動体１２，１３，１４の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング５０の他端は、上盤２７上において、駆動体２８，２９，３０の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。このような駆動体の配置と、スプリング５０の取付位置により、ｘｙ移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって均等な力で押され、駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微動が必要な装置に用いて好適な移動ステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形トンネル顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、探針を試料上で走査させて試料像を得る装置であり、非常に高い分解能を得られる装置として注目されている。
【０００３】
このＳＰＭにおいては、探針または試料をマイクロオーダー以下の精度で移動させることが必要である。最近のＳＰＭの中には、その移動ステージとして、モータ駆動ステージよりもコンパクトな慣性駆動ステージを備えたものがある。
【０００４】
図１は、慣性駆動ステージの基本構造を示したものである。図１において１は台座であり、台座１には、ｘ方向に延びる溝２が形成されている。そして、溝２の表面には、凹状の滑り部材３が取り付けられており、インシュレータ（サファイア，アルミナなど）で形成された滑り部材３の表面は鏡面研磨されている。
【０００５】
４はステージであり、ステージ４には、４個の積層型ピエゾ５〜８（積層型ピエゾ７，８は図示されていない）が取り付けられている。各積層型ピエゾの先端には球９が取り付けられており、球９は、滑り部材３に当接して溝２にはまっている。
【０００６】
また、１０は磁石であり、磁石１０は台座１に取り付けられている。一方、前記ステージ４は磁性材料で作られている。このため、ステージ４は、磁石１０によって台座１側へ引き付けられて静止している。
【０００７】
このような構成において、ステージ４をｘ方向へ移動させるときには、まず、積層型ピエゾ４〜７に電圧が印加されて、積層型ピエゾ４〜７がｘ方向に剪断変形される。次に、積層型ピエゾ４〜７への印加電圧がオフされ、積層型ピエゾ４〜７は元の状態に戻される。このとき発生する慣性力により、ステージ４はｘ方向へ移動する。なお、このとき積層型ピエゾ４〜７に印加される電圧の波形は、鋸波状の波形や非線形な波形など、様々である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に示した慣性駆動ステージにおいては、磁石１０の磁場が試料に及んでしまう。このため、試料に所定の外部磁場を印加して観察する場合や、磁場が印加されていない状態の試料を観察したい場合などにおいては、図１の慣性駆動ステージを使用することはできない。
【０００９】
そこで、このような問題を回避する慣性駆動ステージとして、前記台座にバネ保持部材を取り付け、そのバネ保持部材と前記ステージ上面との間に１本のバネを配置して、バネによってステージを台座側に押しつける構造のものが提案されている。しかし、この慣性駆動ステージでは、バネがステージ上面を押す位置によっては、ステージが部分的に台座から浮いてしまい、ステージを安定させることができない。
【００１０】
また、ＳＰＭでは、ｘ，ｙ，ｚの３軸方向に探針または試料を移動させる必要がある。このため、実際のＳＰＭの慣性駆動ステージは、図１の一軸駆動の慣性駆動ステージを３段積み重ねた構造となっている。このような３段構造の慣性駆動ステージは大型となり、試料室チャンバの大型化、ひいてはＳＰＭの大型化につながってしまう。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、小型で、安定したステージ移動を行える移動ステージ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発明の移動ステージ装置は、台座と、ピエゾスキャナを有し、前記台座に取り付けられた第１の駆動体と、上盤と、ピエゾスキャナを有し、前記上盤に取り付けられた第２の駆動体と、前記台座の駆動体側と前記上盤の駆動体側とが向き合った状態において、上盤を台座の方へ引っ張るために上盤と台座間に張られた弾性体と、前記第１の駆動体と前記第２の駆動体とで挟持された第１の移動体とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施例１）図２は、本発明の移動ステージ装置の一例を示した図である。図２（ａ）は移動ステージ装置を横から見た図、図２（ｂ）は移動ステージ装置を上から見た図である。
【００１５】
図２において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００１６】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体（１２，１３，１４）は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（１５，１６，１７）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００１７】
図３（ａ）は、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座１１には、その三角形の重心位置に貫通孔１８が開けられている。
【００１８】
図２中、１９はｘｙ移動体（第１の移動体）であり、ｘｙ移動体１９は、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。このｘｙ移動体１９には貫通孔２０が開けられており、また、ｘｙ移動体１９の下面Ｂには、３つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１，２２，２３が取り付けられている。さらにｘｙ移動体１９の上面Ｃには、３つの正方形状のインシュレータ２４，２５，２６が取り付けられている。
【００１９】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１６はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。
【００２０】
また、図２において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【００２１】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体（２８，２９，３０）は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（３１，３２，３３）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００２２】
図３（ｂ）は、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤２７には、その三角形の重心位置に貫通孔３４が開けられている。
【００２３】
そして、図２に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図２（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８はｘｙ移動体１９を介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９はｘｙ移動体１９を介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０はｘｙ移動体１９を介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００２４】
図２中、３５は回動部材であり、回動部材３５はコの字状に形成されている。回動部材３５の一端はビス３６によって台座１１に、回動部材３５の他端はビス３７によって台座１１に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材３５は、ビス３６，３７を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００２５】
そして、回動部材３５の上部両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。
【００２６】
これらスプリング４０，４１の作用により、回動部材３５は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤２７は、回動部材３５によって台座１１に押し付けられている。この際、回動部材３５の上部に設けられた凸部４４が上盤２７の側面に当接し、また、上盤２７の側面に設けられた凸部４５が台座１１の溝４６にはまって当接している。
【００２７】
また、ボルト４７が、上盤２７の貫通孔３４に挿入されており、ボルト４７にねじ込まれたナット４８が上盤２７の上面Ｅに当接して、ボルト４７は止まっている。ボルト４７先端に開けられた孔４９には、スプリング（弾性体）５０の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング５０の他端は、前記ｘｙ移動体１９の貫通孔２０と、前記台座１１の貫通孔１８とを通って、台座１１の下面Ｆ側に配置された平行ピン５１に引っ掛けられている。
【００２８】
このスプリング５０の作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、ｘｙ移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【００２９】
ここまで説明したように、図２の移動ステージ装置においては、ｘｙ移動体１９は、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。さらに、前記スプリング５０の取付位置にも工夫が施されている。すなわち、スプリング５０の一端は、台座１１上において、駆動体１２，１３，１４の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング５０の他端は、上盤２７上において、駆動体２８，２９，３０の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００３０】
このような駆動体の配置と、スプリング５０の取付位置により、ｘｙ移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって均等な力で押され、駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。このため、ｘｙ移動体１９は、駆動体１２，１３，１４と駆動体２８，２９，３０とでしっかり挟まれて、静止している。
【００３１】
また、図２において、５２はｚ移動装置である。ｚ移動装置５２は前記ｘｙ移動体１９に接続されており、その構成は、これまで説明したｘｙ移動装置の構成と似通っている。以下、ｚ移動装置５２の構成について説明する。
【００３２】
５３は台座（第２の台座）であり、ｘｙ移動体１９に続く台座５３は、Ｌ字状に形成されている。台座５３の表面Ｇには、３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。この３つの駆動体５４，５５，５６で、本発明における第３の駆動体が構成されている。
【００３３】
これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体（５４，５５，５６）は、一端が台座５３に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（５７，５８，５９）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００３４】
図３（ｃ）は、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の台座５３への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の台座５３への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座５３には、その三角形の重心位置に貫通孔６０が開けられている。
【００３５】
図２中、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、ｚ移動体６１は、前記駆動体５４，５５，５６上に配置されている。このｚ移動体６１には貫通孔６２が開けられている。また、ｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６３が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる三角溝６４が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【００３６】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【００３７】
これらのインシュレータ６３，６４，６７，６８は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータ６３にそれぞれ当接している。
【００３８】
また、図２において、６９は上盤（第２の上盤）である。上盤６９の裏面Ｊには、３つの駆動体７０，７１，７２が取り付けられている。この３つの駆動体７０，７１，７２で、本発明における第４の駆動体が構成されている。
【００３９】
これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体（７０，７１，７２）は、一端が上盤６９に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（７３，７４，７５）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００４０】
図３（ｄ）は、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の上盤６９への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の上盤６９への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤６９には、その三角形の重心位置に貫通孔７６が開けられている。
【００４１】
そして、図２に示すように、ピエゾスキャナＰ１０先端に取り付けられたルビー球７３は前記平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１１先端に取り付けられたルビー球７４は同じく平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１２先端に取り付けられたルビー球７５は前記Ｖ字状インシュレータ６７にそれぞれ当接している。また、図２から分かるように、ピエゾスキャナＰ１０を有する駆動体７０はｚ移動体６１を介して前記駆動体５４に、ピエゾスキャナＰ１１を有する駆動体７１はｚ移動体６１を介して前記駆動体５５に、ピエゾスキャナＰ１２を有する駆動体７２はｚ移動体６１を介して前記駆動体５６にそれぞれ対向している。
【００４２】
図２中、７７は回動部材であり、回動部材７７はコの字状に形成されている。回動部材７７の一端はビス７８によって台座５３に、回動部材７７の他端はビス７９によって台座５３に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材７７は、ビス７８，７９を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００４３】
そして、回動部材７７の前方両側には、ピン８０，８１が固定されている。ピン８０にはスプリング８２の一端が引っ掛けられ、ピン８１にはスプリング８３の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング８２の他端は、前記台座５３の下部側面に固定されたピン８４に引っ掛けられ、スプリング８３の他端は、台座５３の下部側面に固定されたピン８５に引っ掛けられている。
【００４４】
これらスプリング８２，８３の作用により、回動部材７７は台座５３のピン８４，８５方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤６９は、回動部材７７によって台座５３に押し付けられている。この際、回動部材７７の上部に設けられた凸部８６が上盤６９の上部側面に当接し、また、上盤６９の下部側面に設けられた凸部８７が台座５３の溝８８にはまって当接している。
【００４５】
また、ボルト８９が、上盤６９の貫通孔７６に挿入されており、ボルト８９にねじ込まれたナット９０が上盤６９の表面Ｋに当接して、ボルト８９は止まっている。ボルト８９先端に開けられた孔９１には、スプリング（弾性体）９２の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング９２の他端は、前記ｚ移動体６１の貫通孔６２と、前記台座５３の貫通孔６０とを通って、台座５３の裏面側に配置された平行ピン９３に引っ掛けられている。
【００４６】
このスプリング９２の作用により、上盤６９は、台座５３の表面Ｇの方へ引っ張られ、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。
【００４７】
このように、図２の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、台座５３側の駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する上盤６９側の駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２の一端は、台座５３上において、駆動体５４，５５，５６の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング９２の他端は、上盤６９上において、駆動体７０，７１，７２の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００４８】
このような駆動体の配置と、スプリング９２の取付位置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【００４９】
ここで、図４を用いて、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の構造について説明する。図４に示すピエゾスキャナは、円筒状圧電体素子Ｐの外側に４分割の電極（＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ）を持ち、内側はグランドの共通電極Ｇとなっている。図４において、Ｐａはピエゾスキャナの一端を示し、Ｐｂはその他端を示している。
【００５０】
このような構造のピエゾスキャナにおいて、たとえば、前記他端Ｐｂを固定端とする。そして、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、それら電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの前記一端Ｐａはｘ方向に変位する。逆に、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、それら電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｘ方向に変位する。
【００５１】
一方、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それらの電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの一端Ｐａはｙ方向に変位する。逆に、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｙ方向に変位する。
【００５２】
そして、このようなピエゾスキャナのｘ変位とｙ変位が同時に行われると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは、前記印加電圧±Ｖｘ，±Ｖｙに応じて、図４中ｘｙ方向に変位する。
【００５３】
以上、図４を用いて、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の構造を説明した。なお、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６においては、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の図４における他端Ｐｂ側が前記台座１１に、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の図４における一端Ｐａ側が前記上盤２７にそれぞれ取り付けられている。また、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極＋Ｘは全てｘ方向を向いており、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極−Ｘは全て−ｘ方向を向いている。
【００５４】
また、図２のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２においては、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の図４における他端Ｐｂ側が前記台座５３に、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の図４における一端Ｐａ側が前記上盤６９にそれぞれ取り付けられている。また、図２のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２の電極＋Ｘは全てｚ方向を向いており、電極−Ｘは全て−ｚ方向を向いている。
【００５５】
また、図２において、９４は電圧電源装置であり、電圧電源装置９４は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の各電極間に前記電圧±Ｖｘ，±Ｖｙを印加するためのものである。電圧電源装置９４の制御は、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【００５６】
以上、図２の装置構成について説明したが、以下、動作説明を行う。
【００５７】
まず、前記ｘｙ移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を、図５〜図７を用いて行う。
【００５８】
図５は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６を変位させるために、前記スキャナ制御手段９５から前記電圧電源装置９４に供給される電圧信号を示した図である。図５において、（１）はピエゾスキャナＰ１を変位させるための電圧信号を、（２）はピエゾスキャナＰ２を変位させるための電圧信号を、（３）はピエゾスキャナＰ３を変位させるための電圧信号を、（４）はピエゾスキャナＰ４を変位させるための電圧信号を、（５）はピエゾスキャナＰ５を変位させるための電圧信号を、（６）はピエゾスキャナＰ６を変位させるための電圧信号を、それぞれ示している。
【００５９】
また、図５において、（ａ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加するための電圧信号を、（ｂ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極−Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加するための電圧信号を、それぞれ示している。
【００６０】
図６は、前記スキャナ制御手段９５の前記電圧電源装置９４への電圧信号供給による、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位を説明するために示した図である。また、図７は、そのピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位による前記ｘｙ移動体１９の移動を説明するために示した図である。
【００６１】
さて、前記ｘｙ移動体１９をｘ方向に移動させる場合、まず、前記スキャナ制御手段９５は、図５（１）−（ａ），（２）−（ａ），（３）−（ａ），（４）−（ａ），（５）−（ａ），（６）−（ａ）に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々にＶｘまで増加する電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。同時に、前記スキャナ制御手段９５は、図５（１）−（ｂ），（２）−（ｂ），（３）−（ｂ），（４）−（ｂ），（５）−（ｂ），（６）−（ｂ）に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に−Ｖｘまで減少する電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。
【００６２】
このような電圧信号を受けた電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々にＶｘ（たとえば１５０Ｖ）まで増加する電圧を印加すると共に、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に−Ｖｘ（たとえば−１５０Ｖ）まで減少する電圧を印加する。この電圧印加により、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は一斉にｘ方向に徐々に変位し、時刻Ｔ１においては、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は、図６（１）に示すように、定位置（電圧印加が行われていないときの位置）からｘ方向にΔｘだけ変位している。
【００６３】
この時刻Ｔ０からＴ１におけるピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位速度υ１は、一定で遅い。このため、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６がｘ方向にΔｘ変位するとき、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６先端のルビー球はｘｙ移動体１９のインシュレータ上において滑ることはなく、ｘｙ移動体１９は、図７（ａ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位に伴ってｘ方向にΔｘだけ移動する。
【００６４】
そして、図７（ａ）に示した状態は、図５の時刻Ｔ１からＴ２にかけての電圧信号から明らかなように、時刻Ｔ２まで維持される。
【００６５】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ２において、図５（１）−（ａ）（ｂ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１に関する電圧信号を零にする電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。すると、電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ１への電圧印加を瞬時に停止する。この電圧印加停止により、ピエゾスキャナＰ１のルビー球側先端は−ｘ方向に瞬時に変位し、時刻Ｔ２直後のＴ２０においては、ピエゾスキャナＰ１のルビー球側先端は、図６（２）に示すように定位置に戻っている。
【００６６】
この時刻Ｔ２におけるピエゾスキャナＰ１の変位速度υ２は、かなり速い。また、このピエゾスキャナＰ１が変位するとき、他のピエゾスキャナＰ２〜Ｐ６は変位せずに前記ｘｙ移動体１９をしっかりと挟持している。このため、ピエゾスキャナＰ１が定位置に戻るとき、ピエゾスキャナＰ１先端のルビー球はｘｙ移動体１９のインシュレータ２１上において滑る一方、ｘｙ移動体１９は、図７（ｂ）に示すように、それまでの位置（図７（ａ）の位置）に止まる。
【００６７】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ３において、図５（２）−（ａ）（ｂ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１に続いてピエゾスキャナＰ２に関する電圧信号を零にする電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。すると、電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ２への電圧印加を瞬時に停止する。この結果、ピエゾスキャナＰ２のルビー球側先端は、時刻Ｔ３直後のＴ３０においては、図６（３）に示すように定位置に戻っている。
【００６８】
この時刻Ｔ３におけるピエゾスキャナＰ２の変位速度υ２は速く、また、ピエゾスキャナＰ２が変位するとき、他のピエゾスキャナＰ１，Ｐ３〜Ｐ６は変位せずに前記ｘｙ移動体１９をしっかりと挟持している。このため、ピエゾスキャナＰ２が定位置に戻るとき、ピエゾスキャナＰ２先端のルビー球はｘｙ移動体１９のインシュレータ２２上において滑る一方、ｘｙ移動体１９は、図７（ｃ）に示すように、それまでの位置（図７（ｂ）の位置）に止まる。
【００６９】
以後、図５の（３）〜（６）の電圧信号から明らかなように、時刻Ｔ４においてピエゾスキャナＰ３が、時刻Ｔ５においてピエゾスキャナＰ４が、時刻Ｔ６においてピエゾスキャナＰ５が、そして時刻Ｔ７においてピエゾスキャナＰ６が、それぞれ定位置に戻される。図６（４）は時刻Ｔ４直後のＴ４０におけるスキャナ位置を、図６（５）は時刻Ｔ５直後のＴ５０におけるスキャナ位置を、図６（６）は時刻Ｔ６直後のＴ６０におけるスキャナ位置を、図６（７）は時刻Ｔ７直後のＴ７０におけるスキャナ位置を、それぞれ示している。また、図７（ｄ）は、前記時刻Ｔ７０におけるｘｙ移動体１９の位置を示しており、ｘｙ移動体１９は、前記時刻Ｔ０の時点からｘ方向にΔｘだけ移動している。
【００７０】
以後、上述した時刻Ｔ０〜Ｔ７における動作が所定回繰り返し行われ、ｘｙ移動体１９はｘ方向に所定量だけ移動される。
【００７１】
以上、ｘｙ移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を行ったが、ｘｙ移動体１９をｙ方向に移動させる場合には、ｘ方向への移動動作と同様な動作が行われる。すなわち、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が一斉にｙ方向に徐々に変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）に電圧が印加され、その後、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）への電圧印加が順に停止される。
【００７２】
また、ｘｙ移動体１９を任意のｘｙ方向に移動させる場合には、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が一斉に同じｘｙ方向に徐々に変位するように、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）の各電極間（電極±Ｘと接地電極Ｇ間、および電極±Ｙと接地電極Ｇ間）に電圧が印加される。その後、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）への電圧印加が、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の順に停止される。
【００７３】
また、前記ｚ移動体６１をｚ方向に移動させる場合には、前記ｘｙ移動体１９のｘ方向への移動動作と同様な動作が行われる。すなわち、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ７〜Ｐ１２）が一斉にｚ方向に徐々に変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ７〜Ｐ１２）に電圧が印加され、その後、ピエゾスキャナ（Ｐ７〜Ｐ１２）への電圧印加が、Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の順に停止される。なお、このｚ移動時においては、上述したｚ方向に延びる三角溝６６，６７によって、ｚ移動体６１のｙ方向への横ずれは防止される。
【００７４】
以上、図２の移動ステージ装置について説明したが、この移動ステージ装置においては、ｘｙ方向に変位可能なピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６を利用することで、それらの間に挟まれたｘｙ移動体１９をｘｙの２方向に移動させることができる。このようなｘｙ移動ステージは、図１の一軸駆動の慣性駆動ステージを２段積み重ねた従来のｘｙ移動ステージに比べ、かなり小型である。このため、図２の移動ステージ装置をたとえばＳＰＭに適用すれば、小型のＳＰＭを提供することができる。
【００７５】
また、図２の移動ステージ装置においては、移動体固定のための磁石は一切使用されていない。このため、図２の移動ステージ装置をたとえばＳＰＭに適用すれば、所定の外部磁場を試料に正確に印加でき、その磁場印加された試料を良好に観察することができる。
【００７６】
また、図２の移動ステージ装置においては、上述したように、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の配置とスプリング５０，９２の取付位置が工夫されているので、ｘｙ移動体１９とｚ移動体６１を安定して移動させることができる。
【００７７】
さらに、図２の移動ステージ装置においては、移動体（１９，６１）を移動させるときはピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ１２）が一斉に徐々に変位され、一方、移動体の位置を固定したままピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ１２）を変位させるときは、スキャナが１つづつ順に変位されるので、移動体の移動と固定を確実なものにすることができる。
【００７８】
なお、上記例では、ピエゾスキャナが一斉に徐々に変位され、その後、ピエゾスキャナが１つづつ元に戻されたが、その逆が行われるようにしても良い。すなわち、ピエゾスキャナが１つづつ瞬時に変位されて、すべてのピエゾスキャナが変位した後、そのすべてのピエゾスキャナが一斉に徐々に元に戻されるようにしても良い。この場合、ピエゾスキャナが元に戻されるときに、移動体はピエゾスキャナと一緒に移動する。
【００７９】
また、電圧を印加する順序も、目的に応じて変化させるようにしても良い。たとえば、上述したＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…の順ではなく、Ｐ１，Ｐ４，Ｐ２，Ｐ５，…の順や、Ｐ１とＰ４に同時に電圧を印加するようにしても良い。
【００８０】
また、上記例ではスプリング５０，９２が用いられたが、そのスプリングに代えて、ゴム（弾性体）を用いるようにしても良い。
【００８１】
また、上記例では、ｚ移動体６１の表と裏の両面に三角溝が形成されているが、その何れか一方の面に三角溝を形成し、その溝に駆動体をはめるようにしても良い。
【００８２】
また、図８は、図２の移動ステージ装置を備えた装置の例を示したものである。図８において、１００は、図２の移動ステージ装置を示している。この移動ステージ装置１００のｚ移動体１０１上には、ｘ，ｙ，ｚ方向に変位可能なチューブピエゾスキャナ１０２が配置されている。そして、ピエゾスキャナ１０２の先端には、導電性の探針１０３が取り付けられている。探針１０３は電極１０４を取り付けられる構造をとり、その電極１０４はＳＰＭユニット１０５に電気的に接続されている。
【００８３】
また、図８において１０６は試料であり、試料１０６を載置している試料ステージ１０７は、試料台１０８上に置かれている。前記移動ステージ装置１００は、この試料台１０８上に置かれている。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０９により、試料１０６を観察可能に構成されている。
【００８４】
このような装置において、移動ステージ装置１００と、新たに取り付けられたピエゾスキャナ１０２が移動されて、試料１０６の任意の場所に探針先端が近付けられる。このときの探針先端の位置決めは、試料上部に取り付けられたＳＥＭ１０９による試料観察を行いながら行われる。
【００８５】
また、探針１０３と試料１０６間には適当なバイアス電圧が印加されており、探針と試料間に流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５においてモニタリングされている。そして、ＳＰＭユニット１０５は、そのモニタ電流に基づき、探針先端が試料表面に接触するようにピエゾスキャナ１０２のｚ動を制御する。その後、試料に接触した探針を流れる電流がＳＰＭユニット１０５で検出され、試料上の微小領域での電流検出測定が行われる。
【００８６】
また、ピエゾスキャナ１０２をｘｙ方向に変位させ、探針で試料表面を走査させることで、ＳＰＭとしても利用することが可能である。
【００８７】
また、図８において、探針１０３の代わりに、ナノピンセットをセットするようにしても良い。この場合、ＳＥＭ１０９で試料表面が観察され、移動ステージ装置１００とピエゾスキャナ１０２が移動されて、目的とする所までナノピンセットが移動される。そして、目的場所にある試料がナノピンセットで挟まれて、その試料が異なる場所に移動されて置かれる。
【００８８】
なお、このナノピンセットの一例として、２本のカーボンナノチューブが平行に配置されたナノピンセットがあり、このナノピンセットにおいては、２本のカーボンナノチューブ間に電圧が印加されると、それらが引き付くようになっている。
【００８９】
（実施例２）図９及び図１０は、本発明の移動ステージ装置の一例を示した図である。図９（ａ）は移動ステージ装置を上から見た図である。図９（ｂ）は移動ステージ装置を横から見た図である。図１０は移動ステージ装置の主要部品の分解図である。実施例１と同一名称の構成要素には同一番号を付す。図９、１０において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されており、底辺中央部には四角形の貫通穴が設けられている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００９０】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体１２，１３，１４は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００９１】
図９、１０中、１９ａ及び１９ｂはｘｙ移動体（第１の移動体）であり、ｘｙ移動体は第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂから構成されている。ｘｙ移動体は、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。第１の挟持体１９ａは水平板と挟持面Ｌを有する垂直板から構成されている。第１の挟持体１９ａの水平板下面Ｂには、１つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１が取り付けられている。さらに第１の挟持体１９ａの水平板上面Ｃには、１つの正方形状のインシュレータ２４が取り付けられている。第１の挟持体１９ａの垂直板には、挟持面Ｌに３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。この３つの駆動体５４，５５，５６で、本発明における第３の駆動体が構成されている。これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体５４，５５，５６は、一端が垂直板の挟持面Ｌに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球５７，５８，５９とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００９２】
また、第２の挟持体１９ｂは２つに分割された水平板と貫通孔のある挟持面Ｍを有する垂直板から構成されている。第２の挟持体１９ｂの水平板下面には、２つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２２、２３が取り付けられている。さらに第２の挟持体１９ｂの水平板上面には、１つの正方形状のインシュレータ２５、２６が取り付けられている。第２の挟持体１９ｂの垂直板の挟持面Ｍには、３つの駆動体７０、７１、７２が取り付けられている。この３つの駆動体７０、７１、７２で、本発明における第４の駆動体が構成されている。これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体７０，７１，７２は、一端が垂直板の挟持面Ｍに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球７３，７４，７５とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００９３】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１６はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。
【００９４】
第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂは後述するｚ移動体（第２移動体）を挟持し、第２の挟持体１９ｂの垂直板の貫通穴には第２移動体の水平板が貫通する。
【００９５】
また、図９、１０において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【００９６】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００９７】
そして、図９、１０に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図９（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８はｘｙ移動体１９ａ、１９ｂを介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９はｘｙ移動体１９ａ、１９ｂを介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０はｘｙ移動体１９ａ、１９ｂを介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００９８】
そして、上盤２７の一端両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。これらスプリング４０，４１の作用により、上盤２７は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られる。
【００９９】
スプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの一端はそれぞれ上盤２７に平行ピン５１で止められ、他端は台座１１に平行ピン５１で止められている。このスプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、ｘｙ移動体１９ａ、１９ｂは、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【０１００】
ここまで説明したように、図９、１０の移動ステージ装置においては、ｘｙ移動体１９ａ、１９ｂは、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。
【０１０１】
図９、１０中、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、平行板と被挟持面を有する垂直板から構成されている。ｚ移動体６１の垂直板は、前記駆動体５４，５５，５６に接して配置されている。このｚ移動体６１の平行板には貫通孔６２が開けられており、スプリング５０ｃが貫通する。また、ｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータが取り付けられている。さらにｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる２本の三角溝が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【０１０２】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる２本の三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【０１０３】
これらのインシュレータは、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータに、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータに、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータにそれぞれ当接している。
【０１０４】
このように、図９、１０の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、第１の挟持体１９ａの駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する第２の挟持体１９ｂの駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２ａ、９２ｂの一端は第１の挟持体１９ａにピンで固定され、前記スプリング９２ａ、９２ｂの他端は第２の挟持体１９ｂにピンで固定されている。
【０１０５】
このような駆動体の配置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【０１０６】
図９、１０のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極＋Ｘは全てｘ方向を向いており、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極−Ｘは全て−ｘ方向を向いている。ｙ方向も同様である。図９、１０のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２の電極＋Ｘは全てｚ方向を向いており、電極−Ｘは全て−ｚ方向を向いている。
【０１０７】
また、図９、１０において、９４は電圧電源装置であり、電圧電源装置９４は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の各電極間に前記電圧±Ｖｘ，±Ｖｙを印加するためのものである。電圧電源装置９４の制御は、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【０１０８】
図１１は、図９におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。図１１（ａ）は図９における矢視００である。図１１（ｂ）は図９における矢視ＰＰである。図１１（ｃ）は図９における矢視ＱＱである。図１１（ｄ）は図９における矢視ＲＲである。
【０１０９】
以上、図９、１０の構成について説明してきたが、動作は実施例１と同様である。つまり、図５の様な電気信号を供給することにより、図６の様にｘｙ移動体がｘ方向に移動する。ｙ方向に移動させる場合には、ｘ方向への移動と同様な動作が行われる。これにより、ｘｙ移動体は任意のｘｙ方向に移動することができる。また、ｚ方向においても、同様な動作を行う。この時、ｘｙ移動体はｚ移動体に相当し、Ｐ１〜Ｐ６はそれぞれＰ７〜Ｐ１２に相当する。
【０１１０】
また、図１２において１０６は試料であり、試料１０６を載置している試料ステージ１０７は、試料台１０８上に置かれている。前記移動ステージ装置１００は、この試料台１０８上に置かれている。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０９により、試料１０６を観察可能に構成されている。
【０１１１】
このような装置において、移動ステージ装置１００と、新たに取り付けられたピエゾスキャナ１０２が移動されて、試料１０６の任意の場所に探針先端が近付けられる。このときの探針先端の位置決めは、試料上部に取り付けられたＳＥＭ１０９による試料観察を行いながら行われる。
【０１１２】
また、探針１０３と試料１０６間には適当なバイアス電圧が印加されており、探針と試料間に流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５においてモニタリングされている。そして、ＳＰＭユニット１０５は、そのモニタ電流に基づき、探針先端が試料表面に接触するようにピエゾスキャナ１０２のｚ動を制御する。その後、試料に接触した探針を流れる電流がＳＰＭユニット１０５で検出され、試料上の微小領域での電流検出測定が行われる。
【０１１３】
以上、本発明を例を挙げて説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、本発明の移動ステージ装置は、ＳＰＭ以外の微動が必要な装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】慣性駆動ステージの基本構造を示した図である。
【図２】本発明にかかる移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図３】図２におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。
【図４】図２におけるピエゾスキャナを示した図である。
【図５】図２におけるピエゾスキャナを変位させるための電圧信号を示した図である。
【図６】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図７】図２におけるｘｙ移動体の移動を説明するために示した図である。
【図８】図２の移動ステージ装置を備えた装置の例を示した図である。
【図９】本発明にかかる移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図１０】図９の移動ステージの主要部品の分解図である。
【図１１】図９におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。
【図１２】図９の移動ステージ装置を備えた装置の例を示した図である。
【符号の説明】
１１…台座、１２、１３、１４…第１の駆動体、１９…ｘｙ移動体（第１の移動体）、１９ａ…第１の挟持体、１９ｂ…第２の挟持体、２７…上盤、２８、２９、３０…第２の駆動体、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…スプリング（弾性体）、５３…第２の台座、５４、５５、５６…第３の駆動体、６１…ｚ移動体（第２の移動体）、６９…第２の上盤、７０、７１、７２…第４の駆動体、９２、９２ａ、９２ｂ…スプリング（第２の弾性体）、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２…ピエゾスキャナ
【発明の属する技術分野】本発明は、微動が必要な装置に用いて好適な移動ステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形トンネル顕微鏡などの走査形プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、探針を試料上で走査させて試料像を得る装置であり、非常に高い分解能を得られる装置として注目されている。
【０００３】
このＳＰＭにおいては、探針または試料をマイクロオーダー以下の精度で移動させることが必要である。最近のＳＰＭの中には、その移動ステージとして、モータ駆動ステージよりもコンパクトな慣性駆動ステージを備えたものがある。
【０００４】
図１は、慣性駆動ステージの基本構造を示したものである。図１において１は台座であり、台座１には、ｘ方向に延びる溝２が形成されている。そして、溝２の表面には、凹状の滑り部材３が取り付けられており、インシュレータ（サファイア，アルミナなど）で形成された滑り部材３の表面は鏡面研磨されている。
【０００５】
４はステージであり、ステージ４には、４個の積層型ピエゾ５〜８（積層型ピエゾ７，８は図示されていない）が取り付けられている。各積層型ピエゾの先端には球９が取り付けられており、球９は、滑り部材３に当接して溝２にはまっている。
【０００６】
また、１０は磁石であり、磁石１０は台座１に取り付けられている。一方、前記ステージ４は磁性材料で作られている。このため、ステージ４は、磁石１０によって台座１側へ引き付けられて静止している。
【０００７】
このような構成において、ステージ４をｘ方向へ移動させるときには、まず、積層型ピエゾ４〜７に電圧が印加されて、積層型ピエゾ４〜７がｘ方向に剪断変形される。次に、積層型ピエゾ４〜７への印加電圧がオフされ、積層型ピエゾ４〜７は元の状態に戻される。このとき発生する慣性力により、ステージ４はｘ方向へ移動する。なお、このとき積層型ピエゾ４〜７に印加される電圧の波形は、鋸波状の波形や非線形な波形など、様々である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に示した慣性駆動ステージにおいては、磁石１０の磁場が試料に及んでしまう。このため、試料に所定の外部磁場を印加して観察する場合や、磁場が印加されていない状態の試料を観察したい場合などにおいては、図１の慣性駆動ステージを使用することはできない。
【０００９】
そこで、このような問題を回避する慣性駆動ステージとして、前記台座にバネ保持部材を取り付け、そのバネ保持部材と前記ステージ上面との間に１本のバネを配置して、バネによってステージを台座側に押しつける構造のものが提案されている。しかし、この慣性駆動ステージでは、バネがステージ上面を押す位置によっては、ステージが部分的に台座から浮いてしまい、ステージを安定させることができない。
【００１０】
また、ＳＰＭでは、ｘ，ｙ，ｚの３軸方向に探針または試料を移動させる必要がある。このため、実際のＳＰＭの慣性駆動ステージは、図１の一軸駆動の慣性駆動ステージを３段積み重ねた構造となっている。このような３段構造の慣性駆動ステージは大型となり、試料室チャンバの大型化、ひいてはＳＰＭの大型化につながってしまう。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、小型で、安定したステージ移動を行える移動ステージ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発明の移動ステージ装置は、台座と、ピエゾスキャナを有し、前記台座に取り付けられた第１の駆動体と、上盤と、ピエゾスキャナを有し、前記上盤に取り付けられた第２の駆動体と、前記台座の駆動体側と前記上盤の駆動体側とが向き合った状態において、上盤を台座の方へ引っ張るために上盤と台座間に張られた弾性体と、前記第１の駆動体と前記第２の駆動体とで挟持された第１の移動体とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施例１）図２は、本発明の移動ステージ装置の一例を示した図である。図２（ａ）は移動ステージ装置を横から見た図、図２（ｂ）は移動ステージ装置を上から見た図である。
【００１５】
図２において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００１６】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体（１２，１３，１４）は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（１５，１６，１７）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００１７】
図３（ａ）は、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台座１１への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座１１には、その三角形の重心位置に貫通孔１８が開けられている。
【００１８】
図２中、１９はｘｙ移動体（第１の移動体）であり、ｘｙ移動体１９は、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。このｘｙ移動体１９には貫通孔２０が開けられており、また、ｘｙ移動体１９の下面Ｂには、３つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１，２２，２３が取り付けられている。さらにｘｙ移動体１９の上面Ｃには、３つの正方形状のインシュレータ２４，２５，２６が取り付けられている。
【００１９】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１６はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。
【００２０】
また、図２において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【００２１】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体（２８，２９，３０）は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（３１，３２，３３）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００２２】
図３（ｂ）は、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の上盤２７への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤２７には、その三角形の重心位置に貫通孔３４が開けられている。
【００２３】
そして、図２に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図２（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８はｘｙ移動体１９を介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９はｘｙ移動体１９を介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０はｘｙ移動体１９を介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００２４】
図２中、３５は回動部材であり、回動部材３５はコの字状に形成されている。回動部材３５の一端はビス３６によって台座１１に、回動部材３５の他端はビス３７によって台座１１に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材３５は、ビス３６，３７を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００２５】
そして、回動部材３５の上部両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。
【００２６】
これらスプリング４０，４１の作用により、回動部材３５は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤２７は、回動部材３５によって台座１１に押し付けられている。この際、回動部材３５の上部に設けられた凸部４４が上盤２７の側面に当接し、また、上盤２７の側面に設けられた凸部４５が台座１１の溝４６にはまって当接している。
【００２７】
また、ボルト４７が、上盤２７の貫通孔３４に挿入されており、ボルト４７にねじ込まれたナット４８が上盤２７の上面Ｅに当接して、ボルト４７は止まっている。ボルト４７先端に開けられた孔４９には、スプリング（弾性体）５０の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング５０の他端は、前記ｘｙ移動体１９の貫通孔２０と、前記台座１１の貫通孔１８とを通って、台座１１の下面Ｆ側に配置された平行ピン５１に引っ掛けられている。
【００２８】
このスプリング５０の作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、ｘｙ移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【００２９】
ここまで説明したように、図２の移動ステージ装置においては、ｘｙ移動体１９は、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。さらに、前記スプリング５０の取付位置にも工夫が施されている。すなわち、スプリング５０の一端は、台座１１上において、駆動体１２，１３，１４の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング５０の他端は、上盤２７上において、駆動体２８，２９，３０の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００３０】
このような駆動体の配置と、スプリング５０の取付位置により、ｘｙ移動体１９は、駆動体２８，２９，３０によって均等な力で押され、駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。このため、ｘｙ移動体１９は、駆動体１２，１３，１４と駆動体２８，２９，３０とでしっかり挟まれて、静止している。
【００３１】
また、図２において、５２はｚ移動装置である。ｚ移動装置５２は前記ｘｙ移動体１９に接続されており、その構成は、これまで説明したｘｙ移動装置の構成と似通っている。以下、ｚ移動装置５２の構成について説明する。
【００３２】
５３は台座（第２の台座）であり、ｘｙ移動体１９に続く台座５３は、Ｌ字状に形成されている。台座５３の表面Ｇには、３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。この３つの駆動体５４，５５，５６で、本発明における第３の駆動体が構成されている。
【００３３】
これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体（５４，５５，５６）は、一端が台座５３に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（５７，５８，５９）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００３４】
図３（ｃ）は、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の台座５３への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の台座５３への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、台座５３には、その三角形の重心位置に貫通孔６０が開けられている。
【００３５】
図２中、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、ｚ移動体６１は、前記駆動体５４，５５，５６上に配置されている。このｚ移動体６１には貫通孔６２が開けられている。また、ｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６３が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる三角溝６４が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【００３６】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【００３７】
これらのインシュレータ６３，６４，６７，６８は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータ６５に、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータ６３にそれぞれ当接している。
【００３８】
また、図２において、６９は上盤（第２の上盤）である。上盤６９の裏面Ｊには、３つの駆動体７０，７１，７２が取り付けられている。この３つの駆動体７０，７１，７２で、本発明における第４の駆動体が構成されている。
【００３９】
これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体（７０，７１，７２）は、一端が上盤６９に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナ（Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２）と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球（７３，７４，７５）とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｙｚ方向に変位するように構成されている。
【００４０】
図３（ｄ）は、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の上盤６９への取付位置を示した図である。各ピエゾスキャナは、他の２つのピエゾスキャナの取付位置から等距離の位置に取り付けられている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の上盤６９への取付位置を結ぶと、正三角形が形成される。そして、上盤６９には、その三角形の重心位置に貫通孔７６が開けられている。
【００４１】
そして、図２に示すように、ピエゾスキャナＰ１０先端に取り付けられたルビー球７３は前記平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１１先端に取り付けられたルビー球７４は同じく平面状インシュレータ６８に、ピエゾスキャナＰ１２先端に取り付けられたルビー球７５は前記Ｖ字状インシュレータ６７にそれぞれ当接している。また、図２から分かるように、ピエゾスキャナＰ１０を有する駆動体７０はｚ移動体６１を介して前記駆動体５４に、ピエゾスキャナＰ１１を有する駆動体７１はｚ移動体６１を介して前記駆動体５５に、ピエゾスキャナＰ１２を有する駆動体７２はｚ移動体６１を介して前記駆動体５６にそれぞれ対向している。
【００４２】
図２中、７７は回動部材であり、回動部材７７はコの字状に形成されている。回動部材７７の一端はビス７８によって台座５３に、回動部材７７の他端はビス７９によって台座５３に、それぞれ回動自由に取り付けられている。このような取り付けにより、回動部材７７は、ビス７８，７９を結ぶ軸を回転軸として回動可能である。
【００４３】
そして、回動部材７７の前方両側には、ピン８０，８１が固定されている。ピン８０にはスプリング８２の一端が引っ掛けられ、ピン８１にはスプリング８３の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング８２の他端は、前記台座５３の下部側面に固定されたピン８４に引っ掛けられ、スプリング８３の他端は、台座５３の下部側面に固定されたピン８５に引っ掛けられている。
【００４４】
これらスプリング８２，８３の作用により、回動部材７７は台座５３のピン８４，８５方向に引っ張られ、それらの間に位置する前記上盤６９は、回動部材７７によって台座５３に押し付けられている。この際、回動部材７７の上部に設けられた凸部８６が上盤６９の上部側面に当接し、また、上盤６９の下部側面に設けられた凸部８７が台座５３の溝８８にはまって当接している。
【００４５】
また、ボルト８９が、上盤６９の貫通孔７６に挿入されており、ボルト８９にねじ込まれたナット９０が上盤６９の表面Ｋに当接して、ボルト８９は止まっている。ボルト８９先端に開けられた孔９１には、スプリング（弾性体）９２の一端が引っ掛けられている。そして、スプリング９２の他端は、前記ｚ移動体６１の貫通孔６２と、前記台座５３の貫通孔６０とを通って、台座５３の裏面側に配置された平行ピン９３に引っ掛けられている。
【００４６】
このスプリング９２の作用により、上盤６９は、台座５３の表面Ｇの方へ引っ張られ、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。
【００４７】
このように、図２の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、台座５３側の駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する上盤６９側の駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２の一端は、台座５３上において、駆動体５４，５５，５６の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられ、そのスプリング９２の他端は、上盤６９上において、駆動体７０，７１，７２の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている。
【００４８】
このような駆動体の配置と、スプリング９２の取付位置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【００４９】
ここで、図４を用いて、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の構造について説明する。図４に示すピエゾスキャナは、円筒状圧電体素子Ｐの外側に４分割の電極（＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙ）を持ち、内側はグランドの共通電極Ｇとなっている。図４において、Ｐａはピエゾスキャナの一端を示し、Ｐｂはその他端を示している。
【００５０】
このような構造のピエゾスキャナにおいて、たとえば、前記他端Ｐｂを固定端とする。そして、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、それら電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの前記一端Ｐａはｘ方向に変位する。逆に、電極＋Ｘと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加して、それら電極＋Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｘと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加して、それら電極−Ｘ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｘ方向に変位する。
【００５１】
一方、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それらの電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮ませる一方、電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばすと、ピエゾスキャナの一端Ｐａはｙ方向に変位する。逆に、電極＋Ｙと接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｙを印加して、それら電極＋Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に伸ばす一方、電極−Ｙと接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｙを印加して、それら電極−Ｙ，Ｇ間の圧電体素子をｚ方向に縮めると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは−ｙ方向に変位する。
【００５２】
そして、このようなピエゾスキャナのｘ変位とｙ変位が同時に行われると、ピエゾスキャナの一端Ｐａは、前記印加電圧±Ｖｘ，±Ｖｙに応じて、図４中ｘｙ方向に変位する。
【００５３】
以上、図４を用いて、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の構造を説明した。なお、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６においては、ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３の図４における他端Ｐｂ側が前記台座１１に、ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６の図４における一端Ｐａ側が前記上盤２７にそれぞれ取り付けられている。また、図２のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極＋Ｘは全てｘ方向を向いており、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極−Ｘは全て−ｘ方向を向いている。
【００５４】
また、図２のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２においては、ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９の図４における他端Ｐｂ側が前記台座５３に、ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の図４における一端Ｐａ側が前記上盤６９にそれぞれ取り付けられている。また、図２のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２の電極＋Ｘは全てｚ方向を向いており、電極−Ｘは全て−ｚ方向を向いている。
【００５５】
また、図２において、９４は電圧電源装置であり、電圧電源装置９４は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の各電極間に前記電圧±Ｖｘ，±Ｖｙを印加するためのものである。電圧電源装置９４の制御は、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【００５６】
以上、図２の装置構成について説明したが、以下、動作説明を行う。
【００５７】
まず、前記ｘｙ移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を、図５〜図７を用いて行う。
【００５８】
図５は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６を変位させるために、前記スキャナ制御手段９５から前記電圧電源装置９４に供給される電圧信号を示した図である。図５において、（１）はピエゾスキャナＰ１を変位させるための電圧信号を、（２）はピエゾスキャナＰ２を変位させるための電圧信号を、（３）はピエゾスキャナＰ３を変位させるための電圧信号を、（４）はピエゾスキャナＰ４を変位させるための電圧信号を、（５）はピエゾスキャナＰ５を変位させるための電圧信号を、（６）はピエゾスキャナＰ６を変位させるための電圧信号を、それぞれ示している。
【００５９】
また、図５において、（ａ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧＋Ｖｘを印加するための電圧信号を、（ｂ）は、そのピエゾスキャナにおいて前記電極−Ｘと前記接地電極Ｇ間に電圧−Ｖｘを印加するための電圧信号を、それぞれ示している。
【００６０】
図６は、前記スキャナ制御手段９５の前記電圧電源装置９４への電圧信号供給による、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位を説明するために示した図である。また、図７は、そのピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位による前記ｘｙ移動体１９の移動を説明するために示した図である。
【００６１】
さて、前記ｘｙ移動体１９をｘ方向に移動させる場合、まず、前記スキャナ制御手段９５は、図５（１）−（ａ），（２）−（ａ），（３）−（ａ），（４）−（ａ），（５）−（ａ），（６）−（ａ）に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々にＶｘまで増加する電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。同時に、前記スキャナ制御手段９５は、図５（１）−（ｂ），（２）−（ｂ），（３）−（ｂ），（４）−（ｂ），（５）−（ｂ），（６）−（ｂ）に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に−Ｖｘまで減少する電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。
【００６２】
このような電圧信号を受けた電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の前記電極＋Ｘと前記接地電極Ｇ間に、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々にＶｘ（たとえば１５０Ｖ）まで増加する電圧を印加すると共に、時刻Ｔ０からＴ１にかけて徐々に−Ｖｘ（たとえば−１５０Ｖ）まで減少する電圧を印加する。この電圧印加により、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は一斉にｘ方向に徐々に変位し、時刻Ｔ１においては、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６のルビー球側先端は、図６（１）に示すように、定位置（電圧印加が行われていないときの位置）からｘ方向にΔｘだけ変位している。
【００６３】
この時刻Ｔ０からＴ１におけるピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位速度υ１は、一定で遅い。このため、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６がｘ方向にΔｘ変位するとき、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６先端のルビー球はｘｙ移動体１９のインシュレータ上において滑ることはなく、ｘｙ移動体１９は、図７（ａ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の変位に伴ってｘ方向にΔｘだけ移動する。
【００６４】
そして、図７（ａ）に示した状態は、図５の時刻Ｔ１からＴ２にかけての電圧信号から明らかなように、時刻Ｔ２まで維持される。
【００６５】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ２において、図５（１）−（ａ）（ｂ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１に関する電圧信号を零にする電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。すると、電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ１への電圧印加を瞬時に停止する。この電圧印加停止により、ピエゾスキャナＰ１のルビー球側先端は−ｘ方向に瞬時に変位し、時刻Ｔ２直後のＴ２０においては、ピエゾスキャナＰ１のルビー球側先端は、図６（２）に示すように定位置に戻っている。
【００６６】
この時刻Ｔ２におけるピエゾスキャナＰ１の変位速度υ２は、かなり速い。また、このピエゾスキャナＰ１が変位するとき、他のピエゾスキャナＰ２〜Ｐ６は変位せずに前記ｘｙ移動体１９をしっかりと挟持している。このため、ピエゾスキャナＰ１が定位置に戻るとき、ピエゾスキャナＰ１先端のルビー球はｘｙ移動体１９のインシュレータ２１上において滑る一方、ｘｙ移動体１９は、図７（ｂ）に示すように、それまでの位置（図７（ａ）の位置）に止まる。
【００６７】
次に、前記スキャナ制御手段９５は、時刻Ｔ３において、図５（２）−（ａ）（ｂ）に示すように、ピエゾスキャナＰ１に続いてピエゾスキャナＰ２に関する電圧信号を零にする電圧信号を、前記電圧電源装置９４に供給する。すると、電圧電源装置９４は、ピエゾスキャナＰ２への電圧印加を瞬時に停止する。この結果、ピエゾスキャナＰ２のルビー球側先端は、時刻Ｔ３直後のＴ３０においては、図６（３）に示すように定位置に戻っている。
【００６８】
この時刻Ｔ３におけるピエゾスキャナＰ２の変位速度υ２は速く、また、ピエゾスキャナＰ２が変位するとき、他のピエゾスキャナＰ１，Ｐ３〜Ｐ６は変位せずに前記ｘｙ移動体１９をしっかりと挟持している。このため、ピエゾスキャナＰ２が定位置に戻るとき、ピエゾスキャナＰ２先端のルビー球はｘｙ移動体１９のインシュレータ２２上において滑る一方、ｘｙ移動体１９は、図７（ｃ）に示すように、それまでの位置（図７（ｂ）の位置）に止まる。
【００６９】
以後、図５の（３）〜（６）の電圧信号から明らかなように、時刻Ｔ４においてピエゾスキャナＰ３が、時刻Ｔ５においてピエゾスキャナＰ４が、時刻Ｔ６においてピエゾスキャナＰ５が、そして時刻Ｔ７においてピエゾスキャナＰ６が、それぞれ定位置に戻される。図６（４）は時刻Ｔ４直後のＴ４０におけるスキャナ位置を、図６（５）は時刻Ｔ５直後のＴ５０におけるスキャナ位置を、図６（６）は時刻Ｔ６直後のＴ６０におけるスキャナ位置を、図６（７）は時刻Ｔ７直後のＴ７０におけるスキャナ位置を、それぞれ示している。また、図７（ｄ）は、前記時刻Ｔ７０におけるｘｙ移動体１９の位置を示しており、ｘｙ移動体１９は、前記時刻Ｔ０の時点からｘ方向にΔｘだけ移動している。
【００７０】
以後、上述した時刻Ｔ０〜Ｔ７における動作が所定回繰り返し行われ、ｘｙ移動体１９はｘ方向に所定量だけ移動される。
【００７１】
以上、ｘｙ移動体１９をｘ方向に移動させる場合の動作説明を行ったが、ｘｙ移動体１９をｙ方向に移動させる場合には、ｘ方向への移動動作と同様な動作が行われる。すなわち、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が一斉にｙ方向に徐々に変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）に電圧が印加され、その後、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）への電圧印加が順に停止される。
【００７２】
また、ｘｙ移動体１９を任意のｘｙ方向に移動させる場合には、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）が一斉に同じｘｙ方向に徐々に変位するように、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）の各電極間（電極±Ｘと接地電極Ｇ間、および電極±Ｙと接地電極Ｇ間）に電圧が印加される。その後、ピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ６）への電圧印加が、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の順に停止される。
【００７３】
また、前記ｚ移動体６１をｚ方向に移動させる場合には、前記ｘｙ移動体１９のｘ方向への移動動作と同様な動作が行われる。すなわち、まず、ピエゾスキャナ（Ｐ７〜Ｐ１２）が一斉にｚ方向に徐々に変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ７〜Ｐ１２）に電圧が印加され、その後、ピエゾスキャナ（Ｐ７〜Ｐ１２）への電圧印加が、Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の順に停止される。なお、このｚ移動時においては、上述したｚ方向に延びる三角溝６６，６７によって、ｚ移動体６１のｙ方向への横ずれは防止される。
【００７４】
以上、図２の移動ステージ装置について説明したが、この移動ステージ装置においては、ｘｙ方向に変位可能なピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６を利用することで、それらの間に挟まれたｘｙ移動体１９をｘｙの２方向に移動させることができる。このようなｘｙ移動ステージは、図１の一軸駆動の慣性駆動ステージを２段積み重ねた従来のｘｙ移動ステージに比べ、かなり小型である。このため、図２の移動ステージ装置をたとえばＳＰＭに適用すれば、小型のＳＰＭを提供することができる。
【００７５】
また、図２の移動ステージ装置においては、移動体固定のための磁石は一切使用されていない。このため、図２の移動ステージ装置をたとえばＳＰＭに適用すれば、所定の外部磁場を試料に正確に印加でき、その磁場印加された試料を良好に観察することができる。
【００７６】
また、図２の移動ステージ装置においては、上述したように、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の配置とスプリング５０，９２の取付位置が工夫されているので、ｘｙ移動体１９とｚ移動体６１を安定して移動させることができる。
【００７７】
さらに、図２の移動ステージ装置においては、移動体（１９，６１）を移動させるときはピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ１２）が一斉に徐々に変位され、一方、移動体の位置を固定したままピエゾスキャナ（Ｐ１〜Ｐ１２）を変位させるときは、スキャナが１つづつ順に変位されるので、移動体の移動と固定を確実なものにすることができる。
【００７８】
なお、上記例では、ピエゾスキャナが一斉に徐々に変位され、その後、ピエゾスキャナが１つづつ元に戻されたが、その逆が行われるようにしても良い。すなわち、ピエゾスキャナが１つづつ瞬時に変位されて、すべてのピエゾスキャナが変位した後、そのすべてのピエゾスキャナが一斉に徐々に元に戻されるようにしても良い。この場合、ピエゾスキャナが元に戻されるときに、移動体はピエゾスキャナと一緒に移動する。
【００７９】
また、電圧を印加する順序も、目的に応じて変化させるようにしても良い。たとえば、上述したＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…の順ではなく、Ｐ１，Ｐ４，Ｐ２，Ｐ５，…の順や、Ｐ１とＰ４に同時に電圧を印加するようにしても良い。
【００８０】
また、上記例ではスプリング５０，９２が用いられたが、そのスプリングに代えて、ゴム（弾性体）を用いるようにしても良い。
【００８１】
また、上記例では、ｚ移動体６１の表と裏の両面に三角溝が形成されているが、その何れか一方の面に三角溝を形成し、その溝に駆動体をはめるようにしても良い。
【００８２】
また、図８は、図２の移動ステージ装置を備えた装置の例を示したものである。図８において、１００は、図２の移動ステージ装置を示している。この移動ステージ装置１００のｚ移動体１０１上には、ｘ，ｙ，ｚ方向に変位可能なチューブピエゾスキャナ１０２が配置されている。そして、ピエゾスキャナ１０２の先端には、導電性の探針１０３が取り付けられている。探針１０３は電極１０４を取り付けられる構造をとり、その電極１０４はＳＰＭユニット１０５に電気的に接続されている。
【００８３】
また、図８において１０６は試料であり、試料１０６を載置している試料ステージ１０７は、試料台１０８上に置かれている。前記移動ステージ装置１００は、この試料台１０８上に置かれている。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０９により、試料１０６を観察可能に構成されている。
【００８４】
このような装置において、移動ステージ装置１００と、新たに取り付けられたピエゾスキャナ１０２が移動されて、試料１０６の任意の場所に探針先端が近付けられる。このときの探針先端の位置決めは、試料上部に取り付けられたＳＥＭ１０９による試料観察を行いながら行われる。
【００８５】
また、探針１０３と試料１０６間には適当なバイアス電圧が印加されており、探針と試料間に流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５においてモニタリングされている。そして、ＳＰＭユニット１０５は、そのモニタ電流に基づき、探針先端が試料表面に接触するようにピエゾスキャナ１０２のｚ動を制御する。その後、試料に接触した探針を流れる電流がＳＰＭユニット１０５で検出され、試料上の微小領域での電流検出測定が行われる。
【００８６】
また、ピエゾスキャナ１０２をｘｙ方向に変位させ、探針で試料表面を走査させることで、ＳＰＭとしても利用することが可能である。
【００８７】
また、図８において、探針１０３の代わりに、ナノピンセットをセットするようにしても良い。この場合、ＳＥＭ１０９で試料表面が観察され、移動ステージ装置１００とピエゾスキャナ１０２が移動されて、目的とする所までナノピンセットが移動される。そして、目的場所にある試料がナノピンセットで挟まれて、その試料が異なる場所に移動されて置かれる。
【００８８】
なお、このナノピンセットの一例として、２本のカーボンナノチューブが平行に配置されたナノピンセットがあり、このナノピンセットにおいては、２本のカーボンナノチューブ間に電圧が印加されると、それらが引き付くようになっている。
【００８９】
（実施例２）図９及び図１０は、本発明の移動ステージ装置の一例を示した図である。図９（ａ）は移動ステージ装置を上から見た図である。図９（ｂ）は移動ステージ装置を横から見た図である。図１０は移動ステージ装置の主要部品の分解図である。実施例１と同一名称の構成要素には同一番号を付す。図９、１０において、１１は台座であり、台座１１はＬ字状に形成されており、底辺中央部には四角形の貫通穴が設けられている。台座１１の上面Ａには、３つの駆動体１２，１３，１４が取り付けられている。この３つの駆動体１２，１３，１４で、本発明における第１の駆動体が構成されている。
【００９０】
これらの駆動体１２，１３，１４の構造は同じであり、駆動体１２，１３，１４は、一端が台座１１に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球１５，１６，１７とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００９１】
図９、１０中、１９ａ及び１９ｂはｘｙ移動体（第１の移動体）であり、ｘｙ移動体は第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂから構成されている。ｘｙ移動体は、前記駆動体１２，１３，１４上に置かれている。第１の挟持体１９ａは水平板と挟持面Ｌを有する垂直板から構成されている。第１の挟持体１９ａの水平板下面Ｂには、１つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２１が取り付けられている。さらに第１の挟持体１９ａの水平板上面Ｃには、１つの正方形状のインシュレータ２４が取り付けられている。第１の挟持体１９ａの垂直板には、挟持面Ｌに３つの駆動体５４，５５，５６が取り付けられている。この３つの駆動体５４，５５，５６で、本発明における第３の駆動体が構成されている。これらの駆動体５４，５５，５６の構造は前記駆動体１２，１３，１４，２８，２９，３０の構造と同じであり、駆動体５４，５５，５６は、一端が垂直板の挟持面Ｌに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球５７，５８，５９とで構成されている。ピエゾスキャナＰ７，Ｐ８，Ｐ９は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００９２】
また、第２の挟持体１９ｂは２つに分割された水平板と貫通孔のある挟持面Ｍを有する垂直板から構成されている。第２の挟持体１９ｂの水平板下面には、２つの正方形状のインシュレータ（滑り部材）２２、２３が取り付けられている。さらに第２の挟持体１９ｂの水平板上面には、１つの正方形状のインシュレータ２５、２６が取り付けられている。第２の挟持体１９ｂの垂直板の挟持面Ｍには、３つの駆動体７０、７１、７２が取り付けられている。この３つの駆動体７０、７１、７２で、本発明における第４の駆動体が構成されている。これらの駆動体７０，７１，７２の構造は、前記駆動体５４，５５，５６の構造と同じである。駆動体７０，７１，７２は、一端が垂直板の挟持面Ｍに取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球７３，７４，７５とで構成されている。ピエゾスキャナＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、電圧印加によってｚ方向に変位するように構成されている。
【００９３】
これらのインシュレータ２１〜２６は、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体１２のルビー球１５はインシュレータ２１に、前記駆動体１３のルビー球１６はインシュレータ２２に、前記駆動体１４のルビー球１６はインシュレータ２３にそれぞれ当接している。
【００９４】
第１の挟持体１９ａと第２の挟持体１９ｂは後述するｚ移動体（第２移動体）を挟持し、第２の挟持体１９ｂの垂直板の貫通穴には第２移動体の水平板が貫通する。
【００９５】
また、図９、１０において、２７は上盤である。上盤２７の下面Ｄには、３つの駆動体２８，２９，３０が取り付けられている。この３つの駆動体２８，２９，３０で、本発明における第２の駆動体が構成されている。
【００９６】
これらの駆動体２８，２９，３０の構造は、前記駆動体１２，１３，１４の構造と同じである。駆動体２８，２９，３０は、一端が上盤２７に取り付けられた円筒型ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６と、そのスキャナの他端に取り付けられたルビー球３１，３２，３３とで構成されている。ピエゾスキャナＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、電圧印加によってｘｙ方向に変位するように構成されている。
【００９７】
そして、図９、１０に示すように、ピエゾスキャナＰ４先端に取り付けられたルビー球３１は前記インシュレータ２４に、ピエゾスキャナＰ５先端に取り付けられたルビー球３２は前記インシュレータ２５に、ピエゾスキャナＰ６先端に取り付けられたルビー球３３は前記インシュレータ２６にそれぞれ当接している。図９（ｂ）から分かるように、ピエゾスキャナＰ４を有する駆動体２８はｘｙ移動体１９ａ、１９ｂを介して前記駆動体１２に、ピエゾスキャナＰ５を有する駆動体２９はｘｙ移動体１９ａ、１９ｂを介して前記駆動体１３に、ピエゾスキャナＰ６を有する駆動体３０はｘｙ移動体１９ａ、１９ｂを介して前記駆動体１４にそれぞれ対向している。
【００９８】
そして、上盤２７の一端両側には、ピン３８，３９が固定されている。ピン３８にはスプリング４０の一端が引っ掛けられ、ピン３９にはスプリング４１の一端が引っ掛けられている。一方、スプリング４０の他端は、前記台座１１の上部側面に固定されたピン４２に引っ掛けられ、スプリング４１の他端は、台座１１の上部側面に固定されたピン４３に引っ掛けられている。これらスプリング４０，４１の作用により、上盤２７は台座１１のピン４２，４３方向に引っ張られる。
【００９９】
スプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの一端はそれぞれ上盤２７に平行ピン５１で止められ、他端は台座１１に平行ピン５１で止められている。このスプリング５０ａ、５０ｂ、５０ｃの作用により、上盤２７は、台座１１の上面Ａの方へ引っ張られ、ｘｙ移動体１９ａ、１９ｂは、駆動体２８，２９，３０によって駆動体１２，１３，１４に押し付けられている。
【０１００】
ここまで説明したように、図９、１０の移動ステージ装置においては、ｘｙ移動体１９ａ、１９ｂは、台座１１側の駆動体１２，１３，１４と、それら駆動体１２，１３，１４に対向する上盤２７側の駆動体２８，２９，３０とで挟まれている。
【０１０１】
図９、１０中、６１はｚ移動体（第２の移動体）であり、平行板と被挟持面を有する垂直板から構成されている。ｚ移動体６１の垂直板は、前記駆動体５４，５５，５６に接して配置されている。このｚ移動体６１の平行板には貫通孔６２が開けられており、スプリング５０ｃが貫通する。また、ｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータが取り付けられている。さらにｚ移動体６１の垂直板の裏面Ｈには、ｚ方向に延びる２本の三角溝が形成されており、その三角溝６４の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６５が取り付けられている。
【０１０２】
一方、ｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる２本の三角溝６６が形成されており、その三角溝６６の表面には、ｚ方向に延びるＶ字状のインシュレータ６７が取り付けられている。さらにｚ移動体６１の表面Ｉには、ｚ方向に延びる平面状のインシュレータ６８が取り付けられている。
【０１０３】
これらのインシュレータは、サファイアやアルミナ等で作られており、それらの表面は鏡面研磨されている。前記駆動体５４のルビー球５７はＶ字状インシュレータに、前記駆動体５５のルビー球５８は同じくＶ字状インシュレータに、前記駆動体５６のルビー球５９は平面状インシュレータにそれぞれ当接している。
【０１０４】
このように、図９、１０の移動ステージ装置においては、ｚ移動体６１は、第１の挟持体１９ａの駆動体５４，５５，５６と、それら駆動体５４，５５，５６に対向する第２の挟持体１９ｂの駆動体７０，７１，７２とで挟まれている。さらに、前記スプリング９２ａ、９２ｂの一端は第１の挟持体１９ａにピンで固定され、前記スプリング９２ａ、９２ｂの他端は第２の挟持体１９ｂにピンで固定されている。
【０１０５】
このような駆動体の配置により、ｚ移動体６１は、駆動体７０，７１，７２によって均等な力で押され、駆動体５４，５５，５６に押し付けられている。このため、ｚ移動体６１は、駆動体５４，５５，５６と駆動体７０，７１，７２とでしっかり挟まれて、静止している。
【０１０６】
図９、１０のピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極＋Ｘは全てｘ方向を向いており、ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ６の電極−Ｘは全て−ｘ方向を向いている。ｙ方向も同様である。図９、１０のピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２は全て同じ向きに配置されている。すなわち、ピエゾスキャナＰ７〜Ｐ１２の電極＋Ｘは全てｚ方向を向いており、電極−Ｘは全て−ｚ方向を向いている。
【０１０７】
また、図９、１０において、９４は電圧電源装置であり、電圧電源装置９４は、前記ピエゾスキャナＰ１〜Ｐ１２の各電極間に前記電圧±Ｖｘ，±Ｖｙを印加するためのものである。電圧電源装置９４の制御は、スキャナ制御手段９５によって行われる。
【０１０８】
図１１は、図９におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。図１１（ａ）は図９における矢視００である。図１１（ｂ）は図９における矢視ＰＰである。図１１（ｃ）は図９における矢視ＱＱである。図１１（ｄ）は図９における矢視ＲＲである。
【０１０９】
以上、図９、１０の構成について説明してきたが、動作は実施例１と同様である。つまり、図５の様な電気信号を供給することにより、図６の様にｘｙ移動体がｘ方向に移動する。ｙ方向に移動させる場合には、ｘ方向への移動と同様な動作が行われる。これにより、ｘｙ移動体は任意のｘｙ方向に移動することができる。また、ｚ方向においても、同様な動作を行う。この時、ｘｙ移動体はｚ移動体に相当し、Ｐ１〜Ｐ６はそれぞれＰ７〜Ｐ１２に相当する。
【０１１０】
また、図１２において１０６は試料であり、試料１０６を載置している試料ステージ１０７は、試料台１０８上に置かれている。前記移動ステージ装置１００は、この試料台１０８上に置かれている。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０９により、試料１０６を観察可能に構成されている。
【０１１１】
このような装置において、移動ステージ装置１００と、新たに取り付けられたピエゾスキャナ１０２が移動されて、試料１０６の任意の場所に探針先端が近付けられる。このときの探針先端の位置決めは、試料上部に取り付けられたＳＥＭ１０９による試料観察を行いながら行われる。
【０１１２】
また、探針１０３と試料１０６間には適当なバイアス電圧が印加されており、探針と試料間に流れるトンネル電流がＳＰＭユニット１０５においてモニタリングされている。そして、ＳＰＭユニット１０５は、そのモニタ電流に基づき、探針先端が試料表面に接触するようにピエゾスキャナ１０２のｚ動を制御する。その後、試料に接触した探針を流れる電流がＳＰＭユニット１０５で検出され、試料上の微小領域での電流検出測定が行われる。
【０１１３】
以上、本発明を例を挙げて説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、本発明の移動ステージ装置は、ＳＰＭ以外の微動が必要な装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】慣性駆動ステージの基本構造を示した図である。
【図２】本発明にかかる移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図３】図２におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。
【図４】図２におけるピエゾスキャナを示した図である。
【図５】図２におけるピエゾスキャナを変位させるための電圧信号を示した図である。
【図６】図２におけるピエゾスキャナの変位を説明するために示した図である。
【図７】図２におけるｘｙ移動体の移動を説明するために示した図である。
【図８】図２の移動ステージ装置を備えた装置の例を示した図である。
【図９】本発明にかかる移動ステージ装置の一例を示した図である。
【図１０】図９の移動ステージの主要部品の分解図である。
【図１１】図９におけるピエゾスキャナの、台座または上盤への取り付け位置を示した図である。
【図１２】図９の移動ステージ装置を備えた装置の例を示した図である。
【符号の説明】
１１…台座、１２、１３、１４…第１の駆動体、１９…ｘｙ移動体（第１の移動体）、１９ａ…第１の挟持体、１９ｂ…第２の挟持体、２７…上盤、２８、２９、３０…第２の駆動体、５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…スプリング（弾性体）、５３…第２の台座、５４、５５、５６…第３の駆動体、６１…ｚ移動体（第２の移動体）、６９…第２の上盤、７０、７１、７２…第４の駆動体、９２、９２ａ、９２ｂ…スプリング（第２の弾性体）、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２…ピエゾスキャナ
Claims (14)
- 台座と、
ピエゾスキャナを有し、前記台座に取り付けられた第１の駆動体と、
上盤と、
ピエゾスキャナを有し、前記上盤に取り付けられた第２の駆動体と、
前記台座の駆動体側と前記上盤の駆動体側とが向き合った状態において、上盤を台座の方へ引っ張るために上盤と台座間に張られた弾性体と、
前記第１の駆動体と前記第２の駆動体とで挟持された第１の移動体と、
を備えたことを特徴とする移動ステージ装置。 - 前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記第１と第２の駆動体は、ピエゾスキャナへの電圧印加によってｘｙ方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の移動ステージ装置。
- 鏡面研磨された滑り部材が前記第１の移動体表面に取り付けられており、前記第１と第２の駆動体は前記滑り部材に当接していることを特徴とする請求項１記載の移動ステージ装置。
- 前記第１の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、
前記第２の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、
前記弾性体の一端は、前記台座上において、前記３つのピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられており、前記弾性体の他端は、前記上盤上において、前記３つのピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）の取付位置を結んで出来る三角形の重心位置に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の移動ステージ装置。 - 前記第１の移動体が前記ピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）によって前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙ変位を制御するスキャナ制御手段を備え、前記スキャナ制御手段は、前記第１の移動体をｘｙ方向に移動させるときは、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）が一斉にｘｙ変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）に印加される電圧を制御する一方、前記第１の移動体をその位置に止めたまま前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）をｘｙ変位させるときは、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）が順にｘｙ変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）に印加される電圧を制御することを特徴とする請求項４記載の移動ステージ装置。
- 前記スキャナ制御手段は、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）の一斉変位に伴って前記第１の移動体がｘｙ移動するようにスキャナ速度υ１を制御すると共に、各ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を順に変位させたときに前記第１の移動体がｘｙ移動しないようにスキャナ速度υ２を制御することを特徴とする請求項５記載の移動ステージ装置。
- ｚ移動装置が前記第１の移動体に接続されており、前記ｚ移動装置は、
第２の台座と、
ピエゾスキャナを有し、前記第２の台座に取り付けられた第３の駆動体と、
第２の上盤と、
ピエゾスキャナを有し、前記第２の上盤に取り付けられた第４の駆動体と、
前記第２の台座の駆動体側と前記第２の上盤の駆動体側とが向き合った状態において、第２の上盤を第２の台座の方へ引っ張るために第２の上盤と第２の台座間に張られた第２の弾性体と、
前記第３の駆動体と前記第４の駆動体とで挟持された第２の移動体とを備え、
前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記第２の移動体は、前記ｚ方向と直交する方向から前記第４の駆動体によって前記第３の駆動体の方へ押圧されていて、
前記第３と第４の駆動体は、ピエゾスキャナへの電圧印加によってｚ方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の移動ステージ装置。 - ｚ方向に延びる溝が前記第２の移動体に形成されており、前記第３の駆動体と前記第４の駆動体の両方、または何れか一方が前記溝にはまっていることを特徴とする請求項７記載の移動ステージ装置。
- 台座と、
ピエゾスキャナを有し、前記台座に独立して取り付けられた複数の駆動体と、
前記複数の駆動体上に置かれた移動体と、
前記移動体を前記駆動体の方へ押圧する押圧手段とを備え、
前記移動体が前記押圧手段によって前記駆動体の方へ押圧される方向を押圧方向とするとき、前記各駆動体のピエゾスキャナは、電圧印加によって前記押圧方向と直交する直交方向に変位可能に構成されている移動ステージ装置において、
前記ピエゾスキャナの前記直交方向への変位を制御するスキャナ制御手段を備え、前記スキャナ制御手段は、前記移動体を前記直交方向に移動させるときは、前記複数のピエゾスキャナが一斉に前記直交方向に変位するように各ピエゾスキャナに印加される電圧を制御する一方、前記移動体をその位置に止めたまま前記ピエゾスキャナを前記直交方向に変位させるときは、前記複数のピエゾスキャナが順に前記直交方向に変位するように各ピエゾスキャナに印加される電圧を制御することを特徴とする移動ステージ装置。 - 前記スキャナ制御手段は、前記ピエゾスキャナの一斉変位に伴って前記移動体が前記直交方向に移動するようにスキャナ速度υ１を制御すると共に、各ピエゾスキャナを順に変位させたときに前記移動体が移動しないようにスキャナ速度υ２を制御することを特徴とする請求項９記載の移動ステージ装置。
- 前記第１の移動体がそれぞれ挟持面を有する第１の挟持体と第２の挟持体より構成された請求項１から３の何れかに記載の移動ステージ装置であって、
前記第１の移動体が前記第２の駆動体によって前記第１の駆動体の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、ｚ方向に移動自在な第２の移動体と、
ピエゾスキャナを有し、前記第１の挟持体の挟持面に取り付けられた第３の駆動体と、
ピエゾスキャナを有し、前記第２の挟持体の挟持面に取り付けられた第４の駆動体と、
を備え、
前記第１の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取り付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、
前記第２の駆動体は３つのピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を有し、それらの各ピエゾスキャナは独立して前記台座に取り付けられていると共に、他の２つのピエゾスキャナの取り付位置からほぼ等距離の位置に取り付けられており、
前記第２の移動体が前記第３の駆動体を介して前記第１の挟持体の挟持面と前記第４の駆動体を介して前記第２の挟持体の挟持面で挟持されて、前記２つの挟持体と一体としてｘｙ方向に移動自在であることを特徴とする移動ステージ装置。 - 前記第１の移動体が前記ピエゾスキャナ（Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）によって前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の方へ押圧される方向をｚ方向とするとき、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）のｘｙ変位を制御するスキャナ制御手段を備え、前記スキャナ制御手段は、前記第１の移動体をｘｙ方向に移動させるときは、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）が一斉にｘｙ変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）に印加される電圧を制御する一方、前記第１の移動体をその位置に止めたまま前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）をｘｙ変位させるときは、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）が順にｘｙ変位するようにピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）に印加される電圧を制御することを特徴とする請求項１１記載の移動ステージ装置。
- 前記スキャナ制御手段は、前記ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）の一斉変位に伴って前記第１の移動体がｘｙ移動するようにスキャナ速度υ１を制御すると共に、各ピエゾスキャナ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６）を順に変位させたときに前記第１の移動体がｘｙ移動しないようにスキャナ速度υ２を制御することを特徴とする請求項１２記載の移動ステージ装置
- 試料と前記試料に対向した探針を備え、前記探針が請求項１から１３の何れかに記載の移動ステージ装置に設置されている走査形プローブ顕微鏡。
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|---|---|---|---|---|
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