JP3013858B2 - 原子的分解能を持った微細位置決め装置 - Google Patents
原子的分解能を持った微細位置決め装置Info
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- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/035—DC motors; Unipolar motors
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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- G—PHYSICS
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
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- Y10S977/00—Nanotechnology
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- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/872—Positioner
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、原子的分解能を持った微細位置決め装置、
更に詳しく云えば、走査プローブ技法又は記憶装置のた
めの微細位置決め装置に関するものである。
更に詳しく云えば、走査プローブ技法又は記憶装置のた
めの微細位置決め装置に関するものである。
背景技術 本発明の技術分野の１つは、1982年におけるH.Rohrer
及びG.Binnigによる走査型トンネル顕微鏡（STM）の発
見から発展した走査プローブ技法である。例えば、米国
特許第4,343,993号に開示されたSTMは、非常に多くの種
類の機器の開発の引き金となった。これらの機器は、表
面又は表面上に置かれた原子或いは分子を原子的分解能
でもって、即ち、100nm乃至0.1nmの分解能でもって検査
及び操作するように設計されている。走査プローブ機器
の一般的な特徴は、頂部において100nm以下の曲率半径
を持った微細なチップ、即ち、プローブである。そのプ
ローブは、詳細に後述する粗位置決め装置及び微細位置
決め装置を使用することによって、サンプルの表面上を
走査する。それは、原理的には、あらゆる種類の表面分
析及び準顕微鏡的現象の映像化を扱う時に、これまで広
く使用されてきたSTM及びそれの後続機器を科学的なツ
ールにした技法を、それの究極的な分解能を伴って単に
実施するものである。
及びG.Binnigによる走査型トンネル顕微鏡（STM）の発
見から発展した走査プローブ技法である。例えば、米国
特許第4,343,993号に開示されたSTMは、非常に多くの種
類の機器の開発の引き金となった。これらの機器は、表
面又は表面上に置かれた原子或いは分子を原子的分解能
でもって、即ち、100nm乃至0.1nmの分解能でもって検査
及び操作するように設計されている。走査プローブ機器
の一般的な特徴は、頂部において100nm以下の曲率半径
を持った微細なチップ、即ち、プローブである。そのプ
ローブは、詳細に後述する粗位置決め装置及び微細位置
決め装置を使用することによって、サンプルの表面上を
走査する。それは、原理的には、あらゆる種類の表面分
析及び準顕微鏡的現象の映像化を扱う時に、これまで広
く使用されてきたSTM及びそれの後続機器を科学的なツ
ールにした技法を、それの究極的な分解能を伴って単に
実施するものである。
走査プローブ技法は、STMの他に原子間力顕微鏡（AF
M）を含む。それは、1986年にG.Binnigによって発明さ
れ（米国特許第4,724,318号）、その後、更に開発され
た（例えば、米国特許第5,144,833号参照）。磁区のイ
メージは、Applied Physics Letter55（1989）の318頁
におけるH.J.Mamin他により開示されたように磁力顕微
鏡法によって得られている。走査容量顕微鏡は米国特許
第5,065,103号から、走査音波顕微鏡は米国特許第4,64
6,573号から、及び走査熱プロフィール顕微鏡は米国特
許第4,747,698号から知られている。走査プローブ技法
は、回折によって制限されない分解能を持った光学顕微
鏡においても使用される。例えば、米国特許第4,604,52
0号に開示されたこれらのいわゆる走査近距離場光学顕
微鏡では、プローブは、本質的には、サンプルの表面付
近にあって光を受け或いは発生する極めて小さい開口に
おいて終端となる光波用の導波管より成る。本発明のた
めには、これらの及び関連の技法はすべて走査プローブ
顕微鏡法（SPM）と呼ばれる。
M）を含む。それは、1986年にG.Binnigによって発明さ
れ（米国特許第4,724,318号）、その後、更に開発され
た（例えば、米国特許第5,144,833号参照）。磁区のイ
メージは、Applied Physics Letter55（1989）の318頁
におけるH.J.Mamin他により開示されたように磁力顕微
鏡法によって得られている。走査容量顕微鏡は米国特許
第5,065,103号から、走査音波顕微鏡は米国特許第4,64
6,573号から、及び走査熱プロフィール顕微鏡は米国特
許第4,747,698号から知られている。走査プローブ技法
は、回折によって制限されない分解能を持った光学顕微
鏡においても使用される。例えば、米国特許第4,604,52
0号に開示されたこれらのいわゆる走査近距離場光学顕
微鏡では、プローブは、本質的には、サンプルの表面付
近にあって光を受け或いは発生する極めて小さい開口に
おいて終端となる光波用の導波管より成る。本発明のた
めには、これらの及び関連の技法はすべて走査プローブ
顕微鏡法（SPM）と呼ばれる。
しかし、SPMは、サンプルの表面に関してプローブ又
はチップの位置決め及び走査を行う精密な走査システム
に完全に依存する。慣例により、その表面に平行な面内
の方向は“x"及び“y"によって示され、一方、この面に
垂直な方向は一般に“ｚ軸”と呼ばれる。すぐに明らか
になるように、その走査システムは走査プローブ装置の
分解能に決定的な影響を与える。原子的な分解能を得る
には、ｚ方向に対する要件が他の方向に対する要件より
も影響が大きい場合、それは、0.1nm以下の精度でもっ
て制御可能に変位動作を行うことができなければならな
い。走査プローブ装置に対する理想的な走査システム
は、ｘ−ｙ平面における大きな走査範囲と、３つの次元
すべてにおける、特に、ｚ方向におけるサンプルに関す
るチップの位置の正確な制御とを結合しなければならな
い。両方の要件とも満たすことが困難であるので、既知
のSPM装置は、すべて、２段階位置決めシステムを使用
している。即ち、距離範囲が微細スキャナによりカバー
可能になるまで、粗位置決め装置がプローブの近くまで
サンプルを移動する。微細スキャナ自体は必要な精度を
与えるだけであり、従って、原子的分解能をもって映像
化及び操作することを可能にする。多くの種々の方法及
び技法が粗位置決め装置として適用されてきた。それ
は、レバー又は差動スプリングを使用した手操作法、圧
電式移動機構、又はサンプルに又は走査ステージに結合
されたステッピング・モータを含む。磁気的粗位置決め
装置は、例えば、ヨーロッパ特許出願第290,522号及び
米国特許第4,947,042号において開示されている。最も
進んだタイプの粗位置決め装置、特に、インターフェロ
メトリによって制御される時の粗位置決め装置は、１ミ
クロンの数分の１の位置決め精度を達成し、従って、微
細スキャナの走査範囲にわずかに重畳するだけである。
はチップの位置決め及び走査を行う精密な走査システム
に完全に依存する。慣例により、その表面に平行な面内
の方向は“x"及び“y"によって示され、一方、この面に
垂直な方向は一般に“ｚ軸”と呼ばれる。すぐに明らか
になるように、その走査システムは走査プローブ装置の
分解能に決定的な影響を与える。原子的な分解能を得る
には、ｚ方向に対する要件が他の方向に対する要件より
も影響が大きい場合、それは、0.1nm以下の精度でもっ
て制御可能に変位動作を行うことができなければならな
い。走査プローブ装置に対する理想的な走査システム
は、ｘ−ｙ平面における大きな走査範囲と、３つの次元
すべてにおける、特に、ｚ方向におけるサンプルに関す
るチップの位置の正確な制御とを結合しなければならな
い。両方の要件とも満たすことが困難であるので、既知
のSPM装置は、すべて、２段階位置決めシステムを使用
している。即ち、距離範囲が微細スキャナによりカバー
可能になるまで、粗位置決め装置がプローブの近くまで
サンプルを移動する。微細スキャナ自体は必要な精度を
与えるだけであり、従って、原子的分解能をもって映像
化及び操作することを可能にする。多くの種々の方法及
び技法が粗位置決め装置として適用されてきた。それ
は、レバー又は差動スプリングを使用した手操作法、圧
電式移動機構、又はサンプルに又は走査ステージに結合
されたステッピング・モータを含む。磁気的粗位置決め
装置は、例えば、ヨーロッパ特許出願第290,522号及び
米国特許第4,947,042号において開示されている。最も
進んだタイプの粗位置決め装置、特に、インターフェロ
メトリによって制御される時の粗位置決め装置は、１ミ
クロンの数分の１の位置決め精度を達成し、従って、微
細スキャナの走査範囲にわずかに重畳するだけである。
走査プローブ顕微鏡法の微細走査技法は、全て初めか
ら圧電素子を使用することに集中していた。微細走査ス
テージの例は、例えば、米国特許第4,520,570号及びRe
v.Sci.Instruments57（1986）の1688頁におけるG.Binni
g及びD.P.E.Smithによる「走査型トンネル顕微鏡用の単
管三次元スキャナ（Single tube Three−dimensional s
canner for scanning tunneling microscopy」）によっ
て知られている。更に、C.Gerber及びO.Martiは、1985
年４月発行のIBM社のTechnical Disclosure Bulletin V
ol.27,No.11の6373頁において磁歪スキャナを提案し
た。そこでは、圧電素子が磁歪材料のロッドによって置
換されている。この材料は、電界内の圧電素子の動作と
同様に磁界の影響の下で伸縮する。磁気ペースの粗位置
決め段階、例えば、ヨーロッパ特許出願第290,522号及
び米国特許第4,947,042号を使用する技法でも圧電式微
細スキャナに依存していることに注目することは、本発
明の技術範囲にとって重要である。
ら圧電素子を使用することに集中していた。微細走査ス
テージの例は、例えば、米国特許第4,520,570号及びRe
v.Sci.Instruments57（1986）の1688頁におけるG.Binni
g及びD.P.E.Smithによる「走査型トンネル顕微鏡用の単
管三次元スキャナ（Single tube Three−dimensional s
canner for scanning tunneling microscopy」）によっ
て知られている。更に、C.Gerber及びO.Martiは、1985
年４月発行のIBM社のTechnical Disclosure Bulletin V
ol.27,No.11の6373頁において磁歪スキャナを提案し
た。そこでは、圧電素子が磁歪材料のロッドによって置
換されている。この材料は、電界内の圧電素子の動作と
同様に磁界の影響の下で伸縮する。磁気ペースの粗位置
決め段階、例えば、ヨーロッパ特許出願第290,522号及
び米国特許第4,947,042号を使用する技法でも圧電式微
細スキャナに依存していることに注目することは、本発
明の技術範囲にとって重要である。
圧電式微細スキャナは広く適用可能なツールであるけ
れども、それは幾つかの欠点を持っている。第１に、そ
れは圧電材料に取り付けられた電極に必要な電圧を印加
するための複雑な且つ精度の高い制御システムを必要と
する。第２に、２乃至５ミクロンの走査範囲（すべての
実用目的のためには、その範囲を数ミクロンに限定す
る）を得るためには、約２乃至5nm/Vの範囲、即ち、100
0Vの電圧で得られる伸びが必要である。更に、電圧の増
加に伴って、圧電材料の伸びが最早その印加された電圧
に比例しなくなることによって、非線形効果が顕著にな
る。
れども、それは幾つかの欠点を持っている。第１に、そ
れは圧電材料に取り付けられた電極に必要な電圧を印加
するための複雑な且つ精度の高い制御システムを必要と
する。第２に、２乃至５ミクロンの走査範囲（すべての
実用目的のためには、その範囲を数ミクロンに限定す
る）を得るためには、約２乃至5nm/Vの範囲、即ち、100
0Vの電圧で得られる伸びが必要である。更に、電圧の増
加に伴って、圧電材料の伸びが最早その印加された電圧
に比例しなくなることによって、非線形効果が顕著にな
る。
上記の例は、走査プローブ技法の幅広い用途を説明す
ることを意図するものであるが、本発明に適したすべて
の適用範囲をカバーするものではない。例えば、ハード
・ディスクのような一般的な記憶装置の記憶密度が読取
り／書込みヘッドを記憶媒体に関して位置決めし得る精
度に直接に依存することは、当業者に知られている。読
取り／書込みヘッドを原子的精度でもって位置決めする
安価で高精度の方法がこの技術分野において直接的なイ
ンパクトを有することは明らかである。
ることを意図するものであるが、本発明に適したすべて
の適用範囲をカバーするものではない。例えば、ハード
・ディスクのような一般的な記憶装置の記憶密度が読取
り／書込みヘッドを記憶媒体に関して位置決めし得る精
度に直接に依存することは、当業者に知られている。読
取り／書込みヘッドを原子的精度でもって位置決めする
安価で高精度の方法がこの技術分野において直接的なイ
ンパクトを有することは明らかである。
従って、本発明の目的は、特に、走査プローブ機器及
びディジタル・データ記憶装置に適した信頼性ある高精
度の、しかも使い易い微細位置決め装置を提供すること
にある。本発明の特定の目的は、少なくとも100nm、望
ましくは100nm乃至0.01nm或いは更に10nm乃至0.1nmの精
度又は分解能でもって、プロービング・チップ又は読取
り／書込みヘッドに関するサンプルの表面の位置又は記
憶媒体の位置を制御及び変更することができるような微
細スキャナを提供することにある。
びディジタル・データ記憶装置に適した信頼性ある高精
度の、しかも使い易い微細位置決め装置を提供すること
にある。本発明の特定の目的は、少なくとも100nm、望
ましくは100nm乃至0.01nm或いは更に10nm乃至0.1nmの精
度又は分解能でもって、プロービング・チップ又は読取
り／書込みヘッドに関するサンプルの表面の位置又は記
憶媒体の位置を制御及び変更することができるような微
細スキャナを提供することにある。
発明の開示 本発明の第１の特徴は、微細位置決め装置が磁気誘導
／起磁力という周知の原理に基づくアクチュエータより
成ることである。磁気誘導の効果は、磁界又は磁界の変
化が磁石、電流搬送導体、或いはこの分野における他の
磁化材料に及ぼす力を特徴とする。一般に知られている
この原理の適用例は、例えば、誘導性スピーカ及びマイ
クロフォンである。誘起力又は起磁力の先進的な適用例
の１つは、ハード・ディスクの読取り／書込みヘッドの
ために使用される位置決めシステムである。しかし、前
述のように、これらの適用例は、精度又は分解能が本発
明による装置とは少なくとも一桁違っている。望ましく
は、誘導性アクチュエータは、例えば、ソレノイドのよ
うな電気的導体又は永久磁石より成る。本発明は、磁気
抵抗効果が磁性体の大きさを変化させるので、既知の磁
気抵抗性位置決め装置とは違っており、一方、誘導性ア
クチュエータの可動部分は一体となって変位する。誘導
性アクチュエータを使用することは、低い電圧を印加す
ることによって容易に動かすことができるという利点を
有し、一方、既知の圧電ベースのテクノロジは経験の浅
いユーザにとって危険なものとなり得る電圧を必要とす
る。誘導性アクチュエータのコンポーネントは安価であ
り、大量生産に適している。
／起磁力という周知の原理に基づくアクチュエータより
成ることである。磁気誘導の効果は、磁界又は磁界の変
化が磁石、電流搬送導体、或いはこの分野における他の
磁化材料に及ぼす力を特徴とする。一般に知られている
この原理の適用例は、例えば、誘導性スピーカ及びマイ
クロフォンである。誘起力又は起磁力の先進的な適用例
の１つは、ハード・ディスクの読取り／書込みヘッドの
ために使用される位置決めシステムである。しかし、前
述のように、これらの適用例は、精度又は分解能が本発
明による装置とは少なくとも一桁違っている。望ましく
は、誘導性アクチュエータは、例えば、ソレノイドのよ
うな電気的導体又は永久磁石より成る。本発明は、磁気
抵抗効果が磁性体の大きさを変化させるので、既知の磁
気抵抗性位置決め装置とは違っており、一方、誘導性ア
クチュエータの可動部分は一体となって変位する。誘導
性アクチュエータを使用することは、低い電圧を印加す
ることによって容易に動かすことができるという利点を
有し、一方、既知の圧電ベースのテクノロジは経験の浅
いユーザにとって危険なものとなり得る電圧を必要とす
る。誘導性アクチュエータのコンポーネントは安価であ
り、大量生産に適している。
誘導性アクチュエータが原子的精度でもって動かされ
るレベルまで電気的制御の感度を高めようとする試みが
なされていなかったということを本発明の骨子と考える
ことができる。その代わり、チップ及びサンプルを相互
に相対的に動かすために使用される電流の量は、通常の
電子機器によって容易に検出し得るレベルまで機械的手
段によって増大され或いは強められる。換言すれば、電
子的増幅器が運転制限手段よって置換される。その制限
手段は、誘導性アクチュエータの動きを制限するために
梃子システム或いは制動又は摩擦増加素子をベースとし
ている。両方の場合とも、プローブ又はサンプルを動か
すために必要な電流の量は大きく増加する。
るレベルまで電気的制御の感度を高めようとする試みが
なされていなかったということを本発明の骨子と考える
ことができる。その代わり、チップ及びサンプルを相互
に相対的に動かすために使用される電流の量は、通常の
電子機器によって容易に検出し得るレベルまで機械的手
段によって増大され或いは強められる。換言すれば、電
子的増幅器が運転制限手段よって置換される。その制限
手段は、誘導性アクチュエータの動きを制限するために
梃子システム或いは制動又は摩擦増加素子をベースとし
ている。両方の場合とも、プローブ又はサンプルを動か
すために必要な電流の量は大きく増加する。
従って、本発明の１つの変形の特徴は、誘導性アクチ
ュエータが制動手段を含むことである。制動をその最小
量まで減じることを求められる既知の誘導性アクチュエ
ータの適用例とは対照的に、本発明は制御方法に制動機
構を導入する。制動は効果的に増大し、従って、所望の
動きを得るためにそのアクチュエータに供給されるべき
パワーを大きくする。そのパワーはアクチュエータに与
えられる電流に直接に比例する。従って、すべての関連
の制御信号及び作動信号、例えば、電流及び電圧は、そ
れらを容易に操作し得るレベルまで増大する。この特徴
は、フィードバック・ループ、増幅器等のような関連の
電気的回路の必要な精度を低くするという更なる効果を
有する。
ュエータが制動手段を含むことである。制動をその最小
量まで減じることを求められる既知の誘導性アクチュエ
ータの適用例とは対照的に、本発明は制御方法に制動機
構を導入する。制動は効果的に増大し、従って、所望の
動きを得るためにそのアクチュエータに供給されるべき
パワーを大きくする。そのパワーはアクチュエータに与
えられる電流に直接に比例する。従って、すべての関連
の制御信号及び作動信号、例えば、電流及び電圧は、そ
れらを容易に操作し得るレベルまで増大する。この特徴
は、フィードバック・ループ、増幅器等のような関連の
電気的回路の必要な精度を低くするという更なる効果を
有する。
この本発明の変形の好適な実施例として、誘導性アク
チュエータの可動部分は、高粘性の媒体によってベアリ
ング或いは支持構造体に、更に詳しく云えば、そのアク
チュエータの静止部分に結合される。この粘性の結合は
制動効果を有し、自由可動アクチュエータに比べて、同
等の変位を得るために誘導性アクチュエータに供給され
るパワーの量を増加させる。この効果は、位置決めのた
めに与えられる制御及び作動信号／電流を増加させる。
良好な熱伝導率を持った高粘性の媒体を使用することが
望ましい。その場合、その媒体はアクチュエータを冷却
するためにも効率的に使用可能である。その材料の粘性
は、望ましくは、10乃至100,000ストークスの範囲にあ
るように選択される。適当な材料はポリマ、更に詳しく
云えば、有機シロキサン・ポリマ或いはシリコーンを含
む。
チュエータの可動部分は、高粘性の媒体によってベアリ
ング或いは支持構造体に、更に詳しく云えば、そのアク
チュエータの静止部分に結合される。この粘性の結合は
制動効果を有し、自由可動アクチュエータに比べて、同
等の変位を得るために誘導性アクチュエータに供給され
るパワーの量を増加させる。この効果は、位置決めのた
めに与えられる制御及び作動信号／電流を増加させる。
良好な熱伝導率を持った高粘性の媒体を使用することが
望ましい。その場合、その媒体はアクチュエータを冷却
するためにも効率的に使用可能である。その材料の粘性
は、望ましくは、10乃至100,000ストークスの範囲にあ
るように選択される。適当な材料はポリマ、更に詳しく
云えば、有機シロキサン・ポリマ或いはシリコーンを含
む。
本発明のもう１つの変形では、誘導性アクチュエータ
は、レバー、スプリングのような可撓性素子、又は他の
伝達手段より成るグループから選ばれた手段に結合され
る。従って、制御及び作動信号、並びにそれの如何なる
誤差又は変化も均等に小さくされ、その結果、その動き
に関する所望の精度を生じる。上記の手段を適用する
時、如何なる振動も制限するように注意を払わなければ
ならない。従って、この変形の好適な実施例では、一つ
のスプリング又は一組のスプリングが誘導性アクチュエ
ータの運動範囲を小さくするために使用される。
は、レバー、スプリングのような可撓性素子、又は他の
伝達手段より成るグループから選ばれた手段に結合され
る。従って、制御及び作動信号、並びにそれの如何なる
誤差又は変化も均等に小さくされ、その結果、その動き
に関する所望の精度を生じる。上記の手段を適用する
時、如何なる振動も制限するように注意を払わなければ
ならない。従って、この変形の好適な実施例では、一つ
のスプリング又は一組のスプリングが誘導性アクチュエ
ータの運動範囲を小さくするために使用される。
望ましくは、サンプル保持手段或いはプローブ手段
が、1kHzよりも大きい、望ましくは、5kHzよりも大きい
共振周波数を持ったスプリング装置に結合される。その
共振周波数の上限は、適用される材料及びスプリングの
設計次第で100kHzであってもよい。或共振周波数を持っ
た装置は周囲の振動に容易に結合して原子的分解能を得
ることを困難にするので、共振周波数は重要な特徴であ
る。一方、スプリング装置は誘起力によって駆動され
る。
が、1kHzよりも大きい、望ましくは、5kHzよりも大きい
共振周波数を持ったスプリング装置に結合される。その
共振周波数の上限は、適用される材料及びスプリングの
設計次第で100kHzであってもよい。或共振周波数を持っ
た装置は周囲の振動に容易に結合して原子的分解能を得
ることを困難にするので、共振周波数は重要な特徴であ
る。一方、スプリング装置は誘起力によって駆動され
る。
本発明のもう１つの実施例では、磁気アクチュエータ
の静止部分に関するそのアクチュエータの可動部分の位
置がフィードバック・ループによって更に制御及び安定
化される。望ましくは、このフィードバック・ループは
可動部分の位置を決定するための歪みゲージを含んでい
る。機械的な増幅の結果、このフィードバック・ループ
及びそれの位置決定手段の精度は必ずしも原子的分解能
そのものを与える必要はない。しかし、このフィードバ
ック・ループは、SPMを操作するために必要なフィード
バック・ループ、即ち、チップとサンプルとの間の距離
を安定化するフィードバック・ループと混同してはなら
ない。
の静止部分に関するそのアクチュエータの可動部分の位
置がフィードバック・ループによって更に制御及び安定
化される。望ましくは、このフィードバック・ループは
可動部分の位置を決定するための歪みゲージを含んでい
る。機械的な増幅の結果、このフィードバック・ループ
及びそれの位置決定手段の精度は必ずしも原子的分解能
そのものを与える必要はない。しかし、このフィードバ
ック・ループは、SPMを操作するために必要なフィード
バック・ループ、即ち、チップとサンプルとの間の距離
を安定化するフィードバック・ループと混同してはなら
ない。
本発明のもう１つの実施例では、機械的増幅手段が少
なくとも２つの異なる動作モードの間で切ら換え可能で
ある。従って、微細位置決め装置を粗位置決め装置とし
ても使用することが可能となる。そのような微細位置決
め装置を持ったSPMは更なる粗位置決めシステムを必要
としない。本発明の好適な実施例では、増幅手段として
使用されるスプリングのばね定数が少なくとも２つの異
なる値の間で切り換え可能である。
なくとも２つの異なる動作モードの間で切ら換え可能で
ある。従って、微細位置決め装置を粗位置決め装置とし
ても使用することが可能となる。そのような微細位置決
め装置を持ったSPMは更なる粗位置決めシステムを必要
としない。本発明の好適な実施例では、増幅手段として
使用されるスプリングのばね定数が少なくとも２つの異
なる値の間で切り換え可能である。
本発明及びその好適な実施例の特徴と思われるこれら
の及び他の新規な特徴が本願の「請求の範囲」に記述さ
れる。しかし、実施例に関する以下の詳細な説明を添付
の図面と関連して参照することによって、本発明そのも
の、更に、好適な使用モード及びそれの目的及び利点が
最もよく理解されるであろう。
の及び他の新規な特徴が本願の「請求の範囲」に記述さ
れる。しかし、実施例に関する以下の詳細な説明を添付
の図面と関連して参照することによって、本発明そのも
の、更に、好適な使用モード及びそれの目的及び利点が
最もよく理解されるであろう。
図面の簡単な説明 以下のような図面を参照して本発明を詳細に説明する
ことにする。
ことにする。
第1A図は、スプリングを運転制限手段として使用する
微細位置決め装置の実施例の基本的な特徴を示す。
微細位置決め装置の実施例の基本的な特徴を示す。
第1B図は、本発明による微細位置決め装置の実施例の
詳細を示す。
詳細を示す。
第２図は、本発明による結合型の粗及び微細位置決め
装置を示す。
装置を示す。
第３図は、誘導性アクチュエータの動きの範囲が高粘
性の媒体によって制限されるという他の実施例を示す。
性の媒体によって制限されるという他の実施例を示す。
第４図は、３次元用の微細位置決め装置を示す。
第５図は、微細位置決め装置を制御するために使用さ
れる電子的回路の一部分を示す。
れる電子的回路の一部分を示す。
発明を実施するための最良の形態 第1A図を参照すると、微細位置決め装置１が示され、
それは一定の磁界を生じさせるための逆Ｅ字形の永久磁
石２を含む。その永久磁石２の磁心の中心部の脚部に
は、銅線のコイル３が巻回され、中空コイルを形成して
いる。中心部の磁心脚部はその磁極がコイル３内に位置
するようにコイル３内に延びており、コイルはこの磁心
脚部と相対的に移動できる。そのコイルの重量は約1gで
ある。そのコイルは、薄い可撓性の配線を介して可変電
流源（図示さてていない）に接続されている。永久磁石
２はベース・ブレート４上に載置される。そのプレート
４は金属製ロッド５も担持する。その金属製ロッドは、
固いワイヤ６によってそれの上端をコイル３の前端に結
合される。
それは一定の磁界を生じさせるための逆Ｅ字形の永久磁
石２を含む。その永久磁石２の磁心の中心部の脚部に
は、銅線のコイル３が巻回され、中空コイルを形成して
いる。中心部の磁心脚部はその磁極がコイル３内に位置
するようにコイル３内に延びており、コイルはこの磁心
脚部と相対的に移動できる。そのコイルの重量は約1gで
ある。そのコイルは、薄い可撓性の配線を介して可変電
流源（図示さてていない）に接続されている。永久磁石
２はベース・ブレート４上に載置される。そのプレート
４は金属製ロッド５も担持する。その金属製ロッドは、
固いワイヤ６によってそれの上端をコイル３の前端に結
合される。
動作時には、電流がそのコイルを通して流れる。物理
用語で云えば、ローレンツ力の特殊ケースである誘起力
がその永久磁石２によって形成されたケージ内でコイル
３を動かす。その力は電流及び磁界の強さに比例する。
この例では、スピーカ・シスムにおいて適用されるよう
な通常のボイス・コイルが使用される。それらは、約10
Nの最大誘起力及び5mmのピーク振幅から引き出される２
＊103N/mのバネ定数を持ったスプリングによって制動さ
れる。そのコイルの重量が1gであることを考慮すると、
システム共振周波数は数百ヘルツの範囲にある。その周
波数は、原子的分解能にとって必要な安定性を与えるに
は低すぎる。しかし、堅いワイヤ６を介してロッド６を
そのコイルに結合することによって、106N/mの範囲のバ
ネ定数を持ったスプリング・システムが与えられる。そ
れは、サンプル又はチップを周辺物の振動から保護する
十分な少なくとも1kHzの有効な共振周波数を生じる。コ
イル３の走査範囲は、通常のかなり複雑な圧電式スキャ
ナによって得られる範囲内の約20ミクロンまで減少す
る。図示の装置は、コイル３の前端とロッド５とを直接
に結合することによって更にコンパクトに設計すること
が可能である。
用語で云えば、ローレンツ力の特殊ケースである誘起力
がその永久磁石２によって形成されたケージ内でコイル
３を動かす。その力は電流及び磁界の強さに比例する。
この例では、スピーカ・シスムにおいて適用されるよう
な通常のボイス・コイルが使用される。それらは、約10
Nの最大誘起力及び5mmのピーク振幅から引き出される２
＊103N/mのバネ定数を持ったスプリングによって制動さ
れる。そのコイルの重量が1gであることを考慮すると、
システム共振周波数は数百ヘルツの範囲にある。その周
波数は、原子的分解能にとって必要な安定性を与えるに
は低すぎる。しかし、堅いワイヤ６を介してロッド６を
そのコイルに結合することによって、106N/mの範囲のバ
ネ定数を持ったスプリング・システムが与えられる。そ
れは、サンプル又はチップを周辺物の振動から保護する
十分な少なくとも1kHzの有効な共振周波数を生じる。コ
イル３の走査範囲は、通常のかなり複雑な圧電式スキャ
ナによって得られる範囲内の約20ミクロンまで減少す
る。図示の装置は、コイル３の前端とロッド５とを直接
に結合することによって更にコンパクトに設計すること
が可能である。
コイル３とロッド５との間の固い結合を与える代わり
に、そのコイル及びロッドを有効共振周波数に関して効
果的に切り離す軟らかいスプリングによってその結合を
設定するようにしてもよい。この場合、コイルはそれの
全可動範囲（10mm）を回復し、一方、ロッドは原子的精
度を得るに必要な高い共振周波数を与えながら依然とし
て20ミクロンの範囲に拘束される。
に、そのコイル及びロッドを有効共振周波数に関して効
果的に切り離す軟らかいスプリングによってその結合を
設定するようにしてもよい。この場合、コイルはそれの
全可動範囲（10mm）を回復し、一方、ロッドは原子的精
度を得るに必要な高い共振周波数を与えながら依然とし
て20ミクロンの範囲に拘束される。
ロッド５が他の同等のスプリング或いは梃子システム
よって容易に置換可能であることは当業者には明らかで
ある。更に、コイル３及び永久磁石１より成る簡単なア
クチュエータは更に複雑な装置によって容易に置換可能
である。例えば、その永久磁石は電磁石によって置換可
能であり、或いはその磁心はレールによって置換可能で
ある。その場合、そのレール上の他の磁石、即ち、その
コイルに取って代わる磁石を、それを流れる電流の適当
な制御によってホバリング運動に導く。更に、ロッド５
の最上部は、それを第２の磁気アクチュエータに連結す
ることによって、１つの面内を原子的分解能をもって運
動可能である。
よって容易に置換可能であることは当業者には明らかで
ある。更に、コイル３及び永久磁石１より成る簡単なア
クチュエータは更に複雑な装置によって容易に置換可能
である。例えば、その永久磁石は電磁石によって置換可
能であり、或いはその磁心はレールによって置換可能で
ある。その場合、そのレール上の他の磁石、即ち、その
コイルに取って代わる磁石を、それを流れる電流の適当
な制御によってホバリング運動に導く。更に、ロッド５
の最上部は、それを第２の磁気アクチュエータに連結す
ることによって、１つの面内を原子的分解能をもって運
動可能である。
本発明のもう１つの変形が第1B図によって示される。
それは、コイル及び永久磁石の拡大した詳細図を示す。
そのコイルには伸張メータ（又は、歪みゲージ）11が取
り付けられる。その伸張メータは可動コイルによって生
じた伸びを、それに比例したで電気信号に変換する。そ
の電気信号は、コイルの位置を安定化させるためにフィ
ードバック・ループにおいて使用される。この変形は、
コイルそのものがそれの全可動範囲にわたって動かされ
る場合、即ち、コイルが前述のようにチップ又はサンプ
ル・ホルダから切り離される時、特に有用である。
それは、コイル及び永久磁石の拡大した詳細図を示す。
そのコイルには伸張メータ（又は、歪みゲージ）11が取
り付けられる。その伸張メータは可動コイルによって生
じた伸びを、それに比例したで電気信号に変換する。そ
の電気信号は、コイルの位置を安定化させるためにフィ
ードバック・ループにおいて使用される。この変形は、
コイルそのものがそれの全可動範囲にわたって動かされ
る場合、即ち、コイルが前述のようにチップ又はサンプ
ル・ホルダから切り離される時、特に有用である。
次に第２図を参照すると、鍔付きロッド25を有する本
発明の実施例が示される。第２図に示されているよう
に、ロッド25のうちコイル３に結合されている箇所と、
ロッド25の固定されている下端との間に鍔が設けらてれ
いる。（第１図及び第２図における同じ又は同様の部分
は同じ参照番号で示される）。クランプ21がベース・プ
レート４に固定される時、そのロッドは鍔の高さまで固
定される。そのクランプが解放される時、ロッドはそれ
の長さ全体にわたって撓むことができる。事実、ロッド
25のバネ定数は、そのクランプを使用することによっ
て、それぞれ、20ミクロン及び200ミクロンの走査範囲
に対応した２つの値、例えば、106及び105の間で切り換
え可能である。粗走査は原子的分解能を与えることがで
きないけれども、スプリングは大きな範囲にわたって動
くことが可能である。
発明の実施例が示される。第２図に示されているよう
に、ロッド25のうちコイル３に結合されている箇所と、
ロッド25の固定されている下端との間に鍔が設けらてれ
いる。（第１図及び第２図における同じ又は同様の部分
は同じ参照番号で示される）。クランプ21がベース・プ
レート４に固定される時、そのロッドは鍔の高さまで固
定される。そのクランプが解放される時、ロッドはそれ
の長さ全体にわたって撓むことができる。事実、ロッド
25のバネ定数は、そのクランプを使用することによっ
て、それぞれ、20ミクロン及び200ミクロンの走査範囲
に対応した２つの値、例えば、106及び105の間で切り換
え可能である。粗走査は原子的分解能を与えることがで
きないけれども、スプリングは大きな範囲にわたって動
くことが可能である。
本発明のもう１つの実施例が第３図に示され、それも
粗位置決め装置及び微細位置決め装置を結合するもので
ある。再び、他の図面と関連して、同じ参照番号は同じ
又は同等の部分を示す。この実施例では、第1A図のスプ
リング又はロッドが高粘性の（例えば、シリコーン）ポ
リマ35によって置換される。そのシリコーン・ポリマは
コイル３にわずかな回復力しか与えないが、そのアクチ
ュエータの可動コイル及び不動部分の間に大きさ摩擦を
与える。この機構によって、例えば、コイル３の前端に
固定されたサンプルは約1mmの最大範囲内で、0.2nm以下
の精度でもって位置決め可能である。シリコーン・ポリ
マを使用することは、それの高い熱伝導率及び耐熱性が
その装置の冷却を促進するので、有利である。従って、
コイルはより高い電流によって動力供給可能である。こ
の実施例では、都合がよいことに、チップ、サンプル、
ホルダ、又はサンプルそのものがコイル３の前端に取り
付けられる。再び、高粘性の材料及びコイル及び支持構
造体の形状に関する変更が実施可能である。
粗位置決め装置及び微細位置決め装置を結合するもので
ある。再び、他の図面と関連して、同じ参照番号は同じ
又は同等の部分を示す。この実施例では、第1A図のスプ
リング又はロッドが高粘性の（例えば、シリコーン）ポ
リマ35によって置換される。そのシリコーン・ポリマは
コイル３にわずかな回復力しか与えないが、そのアクチ
ュエータの可動コイル及び不動部分の間に大きさ摩擦を
与える。この機構によって、例えば、コイル３の前端に
固定されたサンプルは約1mmの最大範囲内で、0.2nm以下
の精度でもって位置決め可能である。シリコーン・ポリ
マを使用することは、それの高い熱伝導率及び耐熱性が
その装置の冷却を促進するので、有利である。従って、
コイルはより高い電流によって動力供給可能である。こ
の実施例では、都合がよいことに、チップ、サンプル、
ホルダ、又はサンプルそのものがコイル３の前端に取り
付けられる。再び、高粘性の材料及びコイル及び支持構
造体の形状に関する変更が実施可能である。
次に第４図を参照すると、本発明による走査型トンネ
ル顕微鏡の基本素子が示される。第４図の素子は比例尺
で引かれていないことに留意すべきである。図示の顕微
鏡は組合せ型（一体型）微細及び粗位置決め装置41、中
央処理装置420、及び周辺の電気的装置により成る。そ
の位置切め装置41は、当業者には知られた方法で、適当
な制動システム（スプリング、ビィトン・パケット等）
により外部の振動から隔離されている。トンネル・チッ
プ又はプローブ413がロッド414の上端に固定されてい
る。そのロッドは第１（ｘ）誘導性アクチュエータ415
によってｘ方向に動かされる。ｙ方向の動きは、図示さ
れていない第２（ｙ）誘導性アクチュエータによって行
われる。両方のアクチュエータは、適当にプログラムさ
れる時、一緒にx,y面におけるチップの走査運動を遂行
する。サンプル416がもう１つの（ｚ）誘導性アクチュ
エータ417の可動コイルの前端に取り付けられる。その
アクチュエータ417は、第３図を参照した時に説明した
ポリマ制動タイプのものである。ｚアクチュエータはチ
ップとサンプルとの間の距離を変化させる。周辺の電気
的及び電子的素子は、誘導性アクチュエータ415、417の
各々に対して、中央処理装置420によりデータ及び制御
信号バス424を介して制御されるプログラム可能な直流
電源421、422を含む。それらは、更に、増幅器、A/Dコ
ンバータ、及びD/Aコンバータを含む。チップ413及びサ
ンプル416は、電圧を供給するための及びそれら２つの
間のトンネル電流を測定するための手段423に接続され
る。測定されたトンネル電流は、ｚアクチュエータ、即
ち、チップ413及びサンプル416の間の距離を制御するよ
うに適用されるフィードバック・ループのための入力で
ある。
ル顕微鏡の基本素子が示される。第４図の素子は比例尺
で引かれていないことに留意すべきである。図示の顕微
鏡は組合せ型（一体型）微細及び粗位置決め装置41、中
央処理装置420、及び周辺の電気的装置により成る。そ
の位置切め装置41は、当業者には知られた方法で、適当
な制動システム（スプリング、ビィトン・パケット等）
により外部の振動から隔離されている。トンネル・チッ
プ又はプローブ413がロッド414の上端に固定されてい
る。そのロッドは第１（ｘ）誘導性アクチュエータ415
によってｘ方向に動かされる。ｙ方向の動きは、図示さ
れていない第２（ｙ）誘導性アクチュエータによって行
われる。両方のアクチュエータは、適当にプログラムさ
れる時、一緒にx,y面におけるチップの走査運動を遂行
する。サンプル416がもう１つの（ｚ）誘導性アクチュ
エータ417の可動コイルの前端に取り付けられる。その
アクチュエータ417は、第３図を参照した時に説明した
ポリマ制動タイプのものである。ｚアクチュエータはチ
ップとサンプルとの間の距離を変化させる。周辺の電気
的及び電子的素子は、誘導性アクチュエータ415、417の
各々に対して、中央処理装置420によりデータ及び制御
信号バス424を介して制御されるプログラム可能な直流
電源421、422を含む。それらは、更に、増幅器、A/Dコ
ンバータ、及びD/Aコンバータを含む。チップ413及びサ
ンプル416は、電圧を供給するための及びそれら２つの
間のトンネル電流を測定するための手段423に接続され
る。測定されたトンネル電流は、ｚアクチュエータ、即
ち、チップ413及びサンプル416の間の距離を制御するよ
うに適用されるフィードバック・ループのための入力で
ある。
電子的回路の詳細が第５図に示される。入力501に印
加される電圧は、増幅器PA01を通してコイル502を流れ
る電流を決定する。主として演算増幅器OP37より成るフ
ィードバック・ループはそのコイルを流れる電流を安定
させ、従って、十分に制御可能な磁力をアクチュエータ
に与える。更に、その回路は、それぞれ、0.1オーム、1
00オーム、9kオーム、2kオーム（調節可能）、及び10k
オームを有する幾つかの抵抗器R1−R5を含んでいる。
加される電圧は、増幅器PA01を通してコイル502を流れ
る電流を決定する。主として演算増幅器OP37より成るフ
ィードバック・ループはそのコイルを流れる電流を安定
させ、従って、十分に制御可能な磁力をアクチュエータ
に与える。更に、その回路は、それぞれ、0.1オーム、1
00オーム、9kオーム、2kオーム（調節可能）、及び10k
オームを有する幾つかの抵抗器R1−R5を含んでいる。
動作に関して云えば、サンプルがチップに並置して数
分の１ミリメートル精度で位置決めされる。数百ボルト
の電圧がチップ及びサンプルに印加される。トンネル電
流が測定されるまで、ｚアクチュエータ417のコイルを
流れる電流が発生される。しかる後、フィードバック・
ループが、0.01nm乃至0.1nmの精度でもって距離を制御
するように活動化される。ｘアクチュエータ及びｙ方向
のための対応するアクチュエータ（図示されていない）
に対する直流電源回路422が所定の及びプログラムされ
た走査手順に従って中央処理装置420から入力制御信号
を受ける。ボルト418を解放することによって、ロッド4
14は、ｘ−ｙ面におけるチップとサンプルとの間の大き
な変位を可能にする低いバネ定数に切り換えられる。そ
こで、チップ413をサンプル416の表面の別の部分と並置
して位置付けることが可能である。この変位ステップを
終了した後、ボルト418は再びそのロッドの鍔に対して
クランプされる。そして、そのプログラムされた走査手
順が繰り返される。更に、中央処理装置420は、トンネ
ル電流を、即ち、測定された高さをその走査されたサン
プルの表面のイメージに変換するためのイメージ処理手
段を与える。
分の１ミリメートル精度で位置決めされる。数百ボルト
の電圧がチップ及びサンプルに印加される。トンネル電
流が測定されるまで、ｚアクチュエータ417のコイルを
流れる電流が発生される。しかる後、フィードバック・
ループが、0.01nm乃至0.1nmの精度でもって距離を制御
するように活動化される。ｘアクチュエータ及びｙ方向
のための対応するアクチュエータ（図示されていない）
に対する直流電源回路422が所定の及びプログラムされ
た走査手順に従って中央処理装置420から入力制御信号
を受ける。ボルト418を解放することによって、ロッド4
14は、ｘ−ｙ面におけるチップとサンプルとの間の大き
な変位を可能にする低いバネ定数に切り換えられる。そ
こで、チップ413をサンプル416の表面の別の部分と並置
して位置付けることが可能である。この変位ステップを
終了した後、ボルト418は再びそのロッドの鍔に対して
クランプされる。そして、そのプログラムされた走査手
順が繰り返される。更に、中央処理装置420は、トンネ
ル電流を、即ち、測定された高さをその走査されたサン
プルの表面のイメージに変換するためのイメージ処理手
段を与える。
産業上の利用可能性 チップ413及びチップとサンプルとの間のトンネル電
流の検出に基づく対応するフィードバック・ループを、
カンチレバー及びカンチレバーの振れを検出するための
手段によって置換することにより、上記の微細位置決め
装置は原子間力顕微鏡に適用される。その微細位置決め
装置は、フィードバック・スキームを置換することによ
って同様の方法で他のSPM技法に適応可能である。
流の検出に基づく対応するフィードバック・ループを、
カンチレバー及びカンチレバーの振れを検出するための
手段によって置換することにより、上記の微細位置決め
装置は原子間力顕微鏡に適用される。その微細位置決め
装置は、フィードバック・スキームを置換することによ
って同様の方法で他のSPM技法に適応可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 33/18 Ｈ０２Ｋ 33/18 (72)発明者 ローレル、ハインリッヒ スイス国リヒターズヴィル、バッククテ ルシュトラーセ 27 (72)発明者 スミス、ダグラス、ピー，．イー. ドイツ国ミューニッヒ、アピアン シュ トラーセ ４ (56)参考文献 特開 平３−73007（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298908（ＪＰ，Ａ) Ｐｒｃ．ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌ ｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓ ｙｓｔｅｍｓ．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇ ａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｒ ｕｃｔｕｒｅｓ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃ ｔｕａｔｏｒｓ，Ｍａｃｈｉｎｅｓ ａ ｎｄ Ｒｏｂｏｔｓ．30 Ｊａｎｎｕａ ｒｙ−２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ 1991, (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 F15B 15/00 - 15/28
Claims (12)
- 【請求項１】アクチュエータ手段を有し、プローブ手段
及びサンプル保持手段の相対的位置を、100nm乃至0.01n
mの原子的分解能で変更するための微細位置決め装置で
あって、 上記アクチュエータ手段は、 中空コイル及び該中空コイル内に延びるように配置され
た磁石の磁心脚部であって、上記中空コイル及び上記磁
石の磁心脚部は相対的に移動できる、上記中空コイル及
び上記磁石の磁心脚部と、 上記中空コイルと上記磁心脚部との間に保持され、上記
移動の間、上記中空コイルと上記磁心脚部との間に摩擦
を与えて上記中空コイルに流れる電流の量を増大させる
粘性材料とを有することを特徴とする、上記微細位置決
め装置。 - 【請求項２】上記粘性材料は、シリコーン・ポリマであ
ることを特徴とする請求項１に記載の微細位置決め装
置。 - 【請求項３】上記磁心脚部が固定され、上記プローブ手
段及び上記サンプル保持手段の一方が、上記中空コイル
に結合されていることを特徴とする、請求項１又は請求
項２に記載の微細位置決め装置。 - 【請求項４】上記中空コイルの移動量を検出し、該中空
コイルの移動量を制御する手段を含むことを特徴とする
請求項３に記載の微細位置決め装置。 - 【請求項５】（イ）サンプル保持手段と、 （ロ）プローブ手段と、 （ハ）上記サンプル保持手段の表面に垂直なＺ軸方向
で、該サンプル保持手段を上記Ｚ軸方向で移動させる第
１アクチュエータ手段を含むＺ軸位置決め手段であっ
て、 該第１アクチュエータ手段は、 上記サンプル保持手段に結合された第１中空コイル及び
該第１中空コイル内に延びるように配置された第１磁石
の磁心脚部であって、上記第１中空コイルは上記第１磁
石の磁心脚部に対して上記Ｚ軸方向で移動できる、上記
第１中空コイル及び上記第１磁石の磁心脚部と、 上記第１中空コイルと上記第１磁石の磁心脚部との間に
保持され、上記移動の間、上記第１中空コイルと上記第
１磁石の磁心脚部との間に摩擦を与えて上記第１中空コ
イルに流れる電流の量を増大させる粘性材料とを有して
いる、上記Ｚ軸位置決め手段と、 （二）上記サンプル保持手段の表面に平行な方向で、上
記プローブ手段を相対的に移動させる第２アクチュエー
タ手段及び第３アクチュエータ手段を含むＸ軸及びＹ軸
位置決め手段であって、 上記第２アクチュエータ手段は、 一端が上記プローブ手段に結合されそして他端が固定さ
れた可撓性ロッドと、 該可撓性ロッドに結合された第２中空コイル及び該第２
中空コイル内に延びるように配置された第２磁石の磁心
脚部であって、上記第２中空コイルは上記第２磁石の磁
心脚部に対して上記Ｘ軸方向で移動できる、上記第２中
空コイル及び上記第２磁石の磁心脚部とを含み、 上記第３アクチュエータ手段は、 上記可撓性ロッドに結合された第３中空コイル及び該第
３中空コイル内に延びるように配置された第３磁石の磁
心脚部であって、上記第３中空コイルは上記第３磁石の
磁心脚部に対して上記Ｙ軸方向で移動できる、上記第３
中空コイル及び上記第３磁石の磁心脚部とを含む、上記
Ｘ軸及びＹ軸位置決め手段とを有する微細位置決め装
置。 - 【請求項６】上記第1,第２及び第３中空コイルの移動量
をそれぞれ検出し、該移動量を制御する手段を含むこと
を特徴とする請求項５に記載の微細位置決め装置。 - 【請求項７】上記可撓性ロッドのうち上記第２中空コイ
ル及び上記第３中空コイルに結合された箇所と上記他端
との間で、上記可撓性ロッドを選択的に固定する手段を
有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の
微細位置決め装置。 - 【請求項８】（イ）サンプル保持手段と、 （ロ）トンネル・プローブ手段と、 （ハ）上記サンプル保持手段の表面に垂直なＺ軸方向
で、該サンプル保持手段を上記Ｚ軸方向で移動させる第
１アクチュエータ手段を含むＺ軸位置決め手段であっ
て、 該第１アクチュエータ手段は、 上記サンプル保持手段に結合された第１中空コイル及び
該第１中空コイル内に延びるように配置された第１磁石
の磁心脚部であって、上記第１中空コイルは上記第１磁
石の磁心脚部に対して上記Ｚ軸方向で移動できる、上記
第１中空コイル及び上記第１磁石の磁心脚部と、 上記第１中空コイルと上記第１磁石の磁心脚部との間に
保持され、上記移動の間、上記第１中空コイルと上記第
１磁石の磁心脚部との間に摩擦を与えて上記第１中空コ
イルに流れる電流の量を増大させる粘性材料とを有して
いる、上記Ｚ軸位置決め手段と、 （ニ）上記サンプル保持手段の表面に平行な方向で、上
記プローブ手段を相対的に移動させる第２アクチュエー
タ手段及び第３アクチュエータ手段を含むＸ軸及びＹ軸
位置決め手段であって、 上記第２アクチュエータ手段は、 一端が上記プローブ手段に結合されそして他端が固定さ
れた可撓性ロッドと、 該可撓性ロッドに結合された第２中空コイル及び第２中
空コイル内に延びるように配置された第２磁石の磁心脚
部であって、上記第２中空コイルは上記第２磁石の磁心
脚部に対して上記Ｘ軸方向で移動できる、上記第２中空
コイル及び上記第２磁石の磁心脚部とを含み、 上記第３アクチュエータ手段は、 上記可撓性ロッドに結合された第３中空コイル及び該第
３中空コイル内に延びるように配置された第３磁石の磁
心脚部であって、上記第３中空コイルは上記第３磁石の
磁心脚部に対して上記Ｙ軸方向で移動できる、上記第３
中空コイル及び上記第３磁石の磁心脚部とを含む、上記
Ｘ軸及びＹ軸位置決め手段と、 （ホ）上記第1,第２及び第３中空コイル手段の移動量を
それぞれ検出して、該移動量を制御する制御手段とを有
することを特徴とする走査型顕微鏡。 - 【請求項９】アクチュエータ手段を有し、プローブ手段
及びサンプル保持手段の相対的位置を、100nm乃至0.01n
mの原子的分解能で変更するための微細位置決め装置で
あって、 上記アクチュエータ手段は、 中空コイル及び該中空コイル内に延びるように配置され
た固定磁石の磁心脚部であって、上記中空コイル及び上
記磁石の磁心脚部に対して移動できる、上記中空コイル
及び上記磁石の磁心脚部と、 上記中空コイルに結合されそして上記プローブ手段及び
上記サンプル保持手段の一方を支持し、上記中空コイル
の移動に対して制動を与えて該移動に必要な電流の大き
さを増大させる制動手段とを有することを特徴とする上
記微細位置決め装置。 - 【請求項１０】上記制動手段は、上記中空コイルと上記
磁心脚部との間に保持され、上記移動の間、上記中空コ
イルと上記磁心脚部との間に摩擦を与えて上記中空コイ
ルに流れる電流の量を増大させる粘性材料であることを
特徴とする請求項９に記載の微細位置決め装置。 - 【請求項１１】上記制動手段は、一端が上記プローブ手
段及び上記サンプル保持手段の一方を支持し、他端が固
定された可撓性ロッドであることを特徴とする請求項９
に記載の微細位置決め装置。 - 【請求項１２】上記可撓性ロッドのうち上記中空コイル
に結合された箇所と上記他端との間で、上記可撓性ロッ
ドを選択的に固定する手段を有することを特徴とする請
求項11に記載の微細位置決め装置。
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