JPH04122806A - 原子間力顕微鏡の微動走査機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子開力顕微鏡（以下、八ＦＭと記す）に
おける微動走査機構に係り、特に三次元（ＸＹＺ）変位
の可能な円筒型圧電素子と一次元（Ｚ）変位の可能なバ
イモルフ型圧電素子とを用いた微動走査機構に関するも
のである。

〔従来の技術〕

八ＦＮの微動走査機構としては、簡単な形状で製作が容
易である上に剛性が高く且つ三次元変位が可能という特
徴を有する円筒型圧電素子、あるいは低い印加電圧で大
きい変位が得られ且つ一次元変位可能なバイモルフ型圧
電素子が適している。

従来、このような三次元変位の可能な円筒型圧電素子も
しくは一次元変位の可能なバイモルフ型圧電素子を用い
た八ＦＨの微動走査機構として、例えば、 （１）試料を三次元変位させるために円筒型圧電素子を
用いた＾ＦＨの微動走査機、横を開示する０、Ｍａｒｔ
ｉ。

Ｂ、Ｄｒａｋｅ　ａｎｄ　Ｐ、に、Ｈａｎｓ＠ａ；＾ｐ
ｐ１．　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、。

Ｖｏｌ、５１．　Ｎｏ、フ、　ｐｐ、４８４−４８６（
１９８７）、及びＯ，Ｍａｒｔｉ。

Ｂ、Ｄｒａｋｅ、　Ｓ、Ｇｏｕｌｄ　ａｎｄ　Ｐ、に、
Ｈａｎｓ＊ａ；　Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ。

Ｔｅｅｈｎｏｌ　、　　＾、　　Ｖｏｌ、６．　　Ｎｏ
、２．　　ｐｐ、２８フー２９０（１９８８）、（２）
探針を三次元変位させるために円筒型圧電素子を用いた
ＡＰＩ４の微動走査機構を開示するＰ、Ｊ。

Ｂｒｙａｎｔ、　Ｒ，Ｃ，Ｍｉｌｌｅｒ　ａｎｄ　Ｒ，
Ｙａｎｇ；＾ｐｐ１．　Ｐｈｙｓ’。

Ｌｅｔｔ、、　Ｖｏｌ、５２．　Ｎｏ、２６．　ｐｐ、
２２３３−２２３５（１９８Ｂ）、及びＰ、Ｊ、Ｂｒｙ
ｉｎｔ、　Ｒ，Ｃ，Ｎｉ１ｌｅｒ、　Ｒ，Ｄｅｅｋｅａ
、　Ｒ，Ｙａｎｇａｎｄ　Ｙ、Ｃ，Ｚｈｅｎｇ；　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉｅｒｏｓｃｏｐｙ、　Ｖｏｌ。

１５２、　Ｐｔ　３．　ｐｐ、８７１−８７５（１９８
８）、（３）八ＦＨの微動走査機構にも適用可能なバイ
モルフ型圧電素子を用いた例えば近接場顕微鏡（ＮＦＯ
Ｍ）の微動走査機構を開示するＵ、Ｄｕｒｉｇ、　Ｄ、
Ｎ、Ｐｏｈｌａｎｄ　Ｆ、Ｒｏｈｎｅｒ；　Ｊ、＾ｐｐ
１．　Ｐｈｙｓ、、　Ｖｏｌ、５９．　Ｎｏ、１０゜ｐ
ｐ、３３１Ｂ　−３３２７（１９８６）、（４）バイモ
ルフ型圧電素子により探針を微振動させて電荷分布像を
観測する八ＦＨの微動走査機構を開示するＪ、Ｅ、５ｔ
ｅｒｎ、　Ｂ、Ｄ、Ｔｅｒｒｉｓ、　Ｈｊ、Ｎａｍ１ｎ
ａｎｄ　Ｄ、Ｒｕｇａｒ；＾ｐｐ１．　Ｐｈｙｓ、　Ｌ
ｅｔｔ、、　Ｖｏｌ、５３．　Ｎ。

２６、　ｐｐ、２７１７−２７１９（１９８Ｂ）、及び
Ｂ、Ｄ、Ｔｅｒｒｉｓ、　Ｊ、Ｅ。

５ｔｅｒｎ、　Ｄ、Ｒｕｇａｒ　ａｎｄ　ｆｌＪ、Ｎａ
ｍ１ｎ；　Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ。

Ｌｅｔｔ、　Ｖｏｌ、６３．　Ｎｏ、２４．　ｐｐ、２
６６９−２６７２（１９８９）が知られている。これら
の微動走査機構を第９Ａ図ないし第９Ｅ図に示す。

第９Ａ図の微動走査機構は、試料（５１０）を取り付け
る試料台（５００）が固定された円筒型圧電素子（１０
０）と、例えばダイアモンド・スタイラスからなる第２
の探針（４１０）を有するカンチ・レバー（３００）と
、カンチ・レバー（３０Ｇ）の撓みを検出する例えば金
属製の第１の探針（１１０）とを備えている。

第１の探針（１１０）とカンチ・レバー（３００）の間
隔は微動ネジ（３１１）で調整され、第１の探針（１１
（１）、カンチ・レバー（３００）及び微動ネジ（３１
１）はレバー・ホルダー（３１２）に設けられている。

円筒型圧電素子（１００）は、円筒型の圧電物質（１０
１）と電極（１０２）で構成されている。電極（１０２
）は、円筒型の圧電物質（１０１）の外周面に円筒軸と
平行に四分割して設けられた電極（１０２１）、（１０
２２）、（１０２３）及び（１０２４）と内周面全面に
設けられた電極（１０２５）からなる。

電極（１０２１）、（１０２２）−（１０２３）及び（
１０２４）に三角波電圧Ｖｘ”　、Ｖｘ−、Ｖｙ’　、
Ｖｙ−を印加すると共に電極（１０２５）にＺ軸方向の
走査のための電圧Ｖｚを印加することにより、第２の探
針（４１０）は試料台（５００）に取り付けられた試料
（５１０）面を三次元走査する。この三次元走査に伴う
第２の探針（４１０）と試料（５１０）表面の間の原子
間力によるカンチ・レバー（３００）の撓みは第１の探
針（，１１０）で検出される。

第９Ｂ図の微動走査機構は、例えば金属製の第１の探針
（１１０）、カンチ・レバー（３００）及び例えば金属
製の第２の探針（４１０）が取り付けられた円筒型圧電
素子（１００）と、試料台（５００）とから構成されて
いる。第９Ａ図の微動走査機構と同様にして円筒型圧電
素子（１００）を三次元走査させると、第１の探針（１
１０）、カンチ・レバー（３００）及び第２の探針（４
１０）が連動するので、第２の探針（４１０）が試料台
（５００）に取り付けられた試料（５１０）面を三次元
走査する＾ＦＮの微動走査機構となる。

第９Ｃ図及び第９Ｄ図に示す微動走査機構は、バイモル
フ型圧電素子（２００）と、これに取り付けられた試料
台（５００）と、尖端を尖らせた例えばダイアモンドま
たは水晶チップにアルミニウムを被覆した第２の探針（
４１０）から構成されている。バイモルフ型圧電素子（
２００）はバイモルフ型圧電素子（２００１）、（２０
０２）、（２００３）、（２００４）及び（２００５）
から組み立てられている。圧電素子（２００１）及び（
２００２）の撓みでＸ方向の変位を、圧電素子（２００
３）及び（２００４）の撓みでＸ方向の変位をつくり、
これらにより試料台（５００）に取り付けた試料（５１
０）を二次元走査する一方、圧電素子（２００５）の撓
みでＺ方向の変位を第２の探針（４１０）に与えて、試
料（５１０）面を三次元走査するＮＦＯＭの微動走査機
構となる。この微動走査機構は三次元走査を行うので八
ＦＨの微動走査機構にも適用可能である。

第９Ｅ図の微動走査機構は、三次元走査可能な試料台（
５００）と、試料台（５００）に取り付けた試料（５１
０）に対して例えば金属製の第２の探針（４１０）を振
動させるためのバイモルフ型圧電素子（２００）とから
構成されている。オプチカル・ファイバー（１０）を介
して第２の探針（４１０）からの光ビームの反射光をセ
ンサ（２０）で受けるシステムによる荷電分布像を観測
する八ＦＨの微動走査機構である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これら従来の微動走査機構には次のよう
な問題点があった。

第９Ａ図の微動走査機構（１０００）では、円筒型圧電
素子（１００）に取り付けられる試料台（５００）の寸
法が円筒型圧電素子（１００）の直径寸法で制限を受け
るため、寸法の大きい試料（５１０）をへＦＭ観察する
ことが困難である。また、円筒型圧電素子（１００）を
構成している圧電物質（１０１）は機械的に脆いので、
試料台（５００）に試料（５１０）を取り付けるときに
円筒型圧電素子（１００）を破損させる恐れがあり、試
料（５１０）と試料台（ＳＯＯ）の脱着が困難である。

第９Ｂ図の微動走査機構では、第１の探針（１１０）と
カンチ・レバー（３００）の距離がトンネル領域となる
ように、プリセット・調整・設定する作業が困難である
。トンネル領域となるための第１の探針（１１０）とカ
ンチ・レバー（３００）との間隔は、１０オングストロ
ームのオーダーの極めて小さい距離である。このため、
初期の調節作業が困難であるばかりでなく、間隔が経時
変化したときや、第１の探針（１１０）とカンチ・レバ
ー（３００）が衝突したときの第１の探針（１１０）の
交換後の再調節作業も困難となる。

第９Ｃ図及び第９Ｄ図に示した微動走査機構は、構造が
複雑で製作が困難であり、また微動走査機構としての再
現性が低い、試料台（５００）がバイモルフ型圧電素子
（２００）の変位部位に固定されているので、試料（５
１０）を取り付けに＜＜、試ｆＥｌ（５１０）を取り付
ける時にバイモルフ型圧電素子（２００）を変形・破損
させる恐れがある。

第９Ｅ図に示した微動走査機構では、試料台（５００）
を動かすので第９Ａ図の微動走査機構と同様の欠点があ
る。

すなわち、従来の＾ＦＭの微動走査機構は、へＦＮ観察
する試料（５１０）の寸法に制限を受は易い、試料（５
１０）の取り付け時に円筒型圧電素子（１００）やバイ
モルフ型圧電素子（２００）を変形・破損させる恐れが
あり試料（５１０）と試料台（５０Ｇ）の脱着が困難で
ある、第１の探針（１１０）とカンチ・レバー（３００
）の距離の設定が難しい、再現性のよい微動走査機構を
製作できないなどの問題点があった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされた
もので、製作が容易で且つ作業性に優れ、寸法により試
料が制限を受けることの少ない、信頼性の高い＾ＦＭの
微動走査機構を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る八ＦＮの微動走査機構は、円筒型圧電素
子と、前記円筒型圧電素子の三次元変位側端部に取り付
けられた第１の探針取り付け部と、前記第１の探針取り
付け部に装着された第１の探針と、前記円筒型圧電素子
の三次元変位側端部に取り付けられた変位用バイモルフ
型圧電素子取り付け部と、前記変位用バイモルフ型圧電
素子取り付け部に取り付けられた変位用バ・イモルフ型
圧電素子と、前記変位用バイモルフ型圧電素子の一次元
変位側端部に取り付けられたカンチ・レバー取り付け部
と、前記カンチ・レバー取り付け部に取り付けられたカ
ンチ・レバーと、前記カンチ・レバーの撓み変位側端部
に取り付けられた第２の探針取り付け部と、前記第２の
探針取り付け部に装着された第２の探針と、前記第２の
探針に対向するように配置された静止した試料台とを備
えたものである。

〔作用〕

この発明においては、円筒型圧電素子に三次元変位のた
めの電圧を印加すると、円筒型圧電素子に固定された第
１の探針、バイモルフ型圧電素子、カンチ・レバー及び
第２の探針が連動して、第２の探針は静止した試料台上
に保持された試料面に対し三次元走査する。また、バイ
モルフ型圧電素子に一次元変位のための電圧を印加する
ことにより第１の探針とカンチ・レバーの距離がトンネ
ル領域となる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１Ａ図及び第１Ｂ図はそれぞれこの発明の第１実施例
に係る八ＦＨの微動走査機構を示す斜視図及び断面図で
ある。この八ＦＨの微動走査機構は、円筒型圧電素子（
１００）と、円筒型圧電素子（１００）の自由端（１０
０ｍ）に例えば接着剤で固定された第１の探針取り付け
部（１２０）と、第１の探針取り付け部（１２０）に装
着された第１の探針（１１Ｇ）と、円筒型圧電素子（１
００）の自由端（１００ｍ）に一端（２００ｂ）が固定
された変位用バイモルフ型圧電素子（２００）と、変位
用バイモルフ型圧電素子（２００）の自由端（２００ａ
）に例えば接着剤で固定されたカンチ・レバー取り付け
部（３２０）と、一端（３００ｂ）がカンチ・レバー取
り付け部（３２０）に例えば接着剤で固定されたカンチ
・レバー（３００）と、カンチ・レバー（３００）の自
由端（？１ＯＯａ）に例えば接着剤で固定された第２の
探針取り付け部（４２０）と、第２の探針取り付け部（
４２０）に装着された第２の探針（４１０）と、第２の
探針（４１０）に対向し且つ静止した試料台（５００）
とを備えている。

円筒型圧電素子（１００）は円筒型の圧電物質（１０１
）と電極（１０２）とから構成されている。電極（１０
２）は、円筒型の圧電物質（１０１）の外周面に円筒軸
と平行に四分割して設けられた電極（１０２１）、（１
０２２）、（１０２３）及び（１０２４）と内周面全面
に設けられた電極（１０２５）とからなる、圧電物質（
１０１）には、内周面から外周面に向かう方向が分極方
向となり且つ歪み方向と分極方向が直交する横効果モー
ドで分極処理が施されている０円筒型圧電素子（１００
）の自由端（１００ｍ）は、電極（１０２１）、（１０
２２）、（１０２３）及び（１０２４）に三角波電圧Ｖ
ｘ’、Ｖｘ−，Ｖｙ”、Ｖｙ−を印加゛駆動することに
よって二次元変位すると共に電極（１０２５）にフィー
ド・バック電圧Ｖｚを印加・駆動することによってＺ軸
方向の一次元変位を行い、これにより円筒型圧電素子（
１００）の固定端（１００ｂ）を基準として三次元変位
する。

第１の探針取り付け部（１２０）に取り付けられた第１
の探針（１１０）は、円筒型圧電素子（１００）の自由
端（１００ａ）と連動して三次元変位する。第１の探針
（１１０）の尖端は、カンチ・レバー（３００）の自由
端（３００ａ）付近において、カンチ・レバー（３００
）上面側に対向している。第１の探針（１１０）とカン
チ・レバー（３００）の間には、トンネル電流の検出の
ためのバイアス電圧が印加される。

変位用バイモルフ型圧電素子＜Ｚｏｏ）は、円筒型圧電
素子（１００）の自由端（１００ａ）に固定された変位
用バイモルフ型圧電素子取り付け部（２２０）に取り付
けられているので、円筒型圧電素子（１００）の自由端
（］０Ｏａ）と連動して三次元変位する。変位用バイモ
ルフ型圧電素子（２００）としては、例えば第１Ｃ図に
示すように、パラレル型バイモルフ型圧電素子が用いら
れる。弾性板（２０３）の両面上に圧電物質（２０１１
）及び（２０１２）が設けられ、一方の圧電物質（２０
１１）の上には電極（２０２１）が形成されており、他
方の圧電物質（２０１２）の上には電極＜２０２２）が
形成されている。第１Ｃ図に矢印で示すように、圧電物
質（２０１１）は電極（２０２１）から弾性板（２０３
）へ向かう方向、圧電物質（２０１２）は弾性板（２０
３）から電極（２０２２）へ向かう方向がそれぞれ分極
方向となり且つ歪み方向と分極方向が直交する横効果モ
ードで分極処理が施されている。

電極（２０２１）及び（２０２２）を互いに電気的に接
続してこれを十電位とすると共に弾性板（２０３）を−
電位として両者のあいだに電圧Ｅ０を印加・駆動すると
、変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の自由端（２
００ａ）は、第１Ｃ図に破線で示されるように、固定端
（２００ｂ）に対してＺ軸方向に一次元変位する。

従って、変位用バイモルフ型圧電素子の自由端（２００
ａ）は、円筒型圧電素子（１００）の固定端（１００ｂ
）を基準どすれば、円筒型圧電素子（１００）の自由端
（１００ａ）の三次元変位量に変位用バイモルフ型圧電
素子（２００）の−次元変位量が重畳した変位となる。

変位用バイモルフ型圧電素子＜２００）の固定端（２０
０ｂ）は、円筒型圧電素子（１００）の円筒軸上に相当
する変位用バイモルフ型圧電素子取り付け部（２２０）
の中心部付近に例えば接着剤で固定される。

なお図面では、電極（１０２）、（２０２１）、（２０
２２）及び弾性板（２０３）への駆動電圧の印加、第１
の探針（１１０）及びカンチ・レバー（３００）へのバ
イアス電圧の印加を行うための電気的導線、半田等の電
気的接続用部材は省略しである。

第１Ｃ図に示されるように、変位用バイモルフ型圧電素
子（２００）の自由端（２００ｍ）にはカンチ・レバー
取り付け部（３２０）が固定され、このカンチ・レバー
取り付け部（３２０）にカンチ・レバー（３００）の一
端（３００ｂ）が取り付けられているので、カンチ・レ
バー（３００）の自由端（３００ｍ）と第１の探針（１
１０）との間の距離は、印加電圧Ｅ０による変位用バイ
モルフ型圧電素子（２００）の−次元変位によって調節
される。カンチ・レバー（３００）は、その自由端（３
００ａ）と第１の探針（１１０）との間の原子間力によ
って撓むバネ定数に、を有しており、このバネ定数に、
は変位用バイモルフ型圧電素子（２００）のバネ定数に
２よりも極めて小さく設定されている。

第２の探針（４１０）は、カンチ・レバー（３００）の
自由端（３００ｍ）に固定された第２の探針取り付け部
（４２０）に装着されている。第２の探針（４１０）の
先端は試料台（５００）上に載置された試料（５１０）
表面に対向している。第２の探針（４１０）と試料（５
１０）との間の距離を大きくした状態すなわちカンチ・
レバー（３００）に撓みの無い状態で、且つ変位用バイ
モルフ型圧電素子（Ｚｏｏ）の固定端（２００ｂ）に対
する自由端（２００ａ）の−次元変位量が一定の場合に
は、第２の探針（４１０）は円筒型圧電素子（１００）
の固定端（１００ｂ）を基準とした自由端（１００ａ）
の三次元変位と同じ変位を有することとなる。

次に、この実施例の動作について説明する。まず、第２
の探針（４１０）と試料（５１０）との間の原子間力が
無視でき、カンチ・レバー（３００）に撓みの無い状態
で、トンネルｔＦＲを測定しながらカンナレバ＝（３０
０）の自由端（３００ｍ＞と第１の探針（１１０）との
間の距離が予め設定された値のトンネル電流の流れるト
ンネル領域となるような電圧ｖ０を変位用バイモルフ型
圧電素子（２００）に印加する。その後、第２の探針（
４１０）と試料（５１０）との間に原子間力が作用して
カンチ・レバー（３００）が撓んだときのヵンチ・レバ
ー（３００）の自由端（３００ｍ）と第１の探針（１１
０）との間の距離の変化量ΔＬに相当する変位用バイモ
ルフ型圧電素子（２０Ｇ）への印加電圧の変化量ΔＶだ
け変位用バイモルフ型圧電素子（２００）への印加電圧
を変化させる。すなわち、印加電圧ＶはＶ＝Ｖ、＋Δ■
となる。ここで、変化量ΔＬ及びΔＶの正負符号は、第
２の探針（４１０）と試料（５１０）との間で作用する
原子間力が斥力である場合に、カンチ・レバー（３００
）の自由端（３００ｍ）と第１の探針（１１０）との間
の距離が大きくなるような符号とする。

次に、変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の印加電
圧を一定値Ｖに保ちつつ、円筒型圧電素子（１００）へ
三角波電圧を印加する。これにより、円筒型圧電素子（
１００）の自由端（１００ｍ＞、変位用バイモルフ型圧
電素子（２００）の自由端（２００ｍ＞、カンチ・レバ
ー（３００）の自由端（３００ａ）、第１の探針（１１
０）及び第２の探針（４１０）が連動するが、変位用バ
イモルフ型圧電素子（２００）への印加電圧Ｖは一定で
あるので、第２の探針（４１０）は静止した試料台（Ｓ
ＯＯ）に取り付けられた試料（５１０）表面に対し二次
元走査する。

この状態から、第２の探針（４１０）と試料（５１０）
面の間の距離を小さくすることにより第２の探針（４１
０）と試料（５１０）との間で原子間力を作用させると
、カンチ・レバー（３００）に撓みが発生し、その自由
端（３００ｍ）と第１の探針（１１０）との間にトンネ
ル電流が流れ始める。トンネル電流は試料（５１０）面
の凹凸に応じて増減するが、このトンネル電流の増減変
化量を増幅し電圧変化量ΔＶｚに変え、円筒型圧電素子
（１００）の電極（１０２５）へフィード・バック電圧
ＶＺ＋ΔＶｚを印加する。これにより、円筒型圧電素子
（１００）の自由端（１００ａ）のＺ方向の変位量が変
わり、変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の自由端
（２００ａ）、カンチ・レバー（３００）の自由端（３
００ａ）、第１の探針（１１０）及び第２の探針（４１
０）のＺ方向の一次元変位が連動して、第２の探針（４
１０）と試料（５１０）との間の距離も変化する。この
ようにして、カンチ・レバー（３００）に生じる撓みが
先に設定したカンチ・レバー（３００）の自由端（３０
０ａ）と第１の探針（１１０）との間の距離の変化量Δ
Ｌとなりトンネル電流を設定値に維持するようなフィー
ド・バック、すなわち原子間力が一定値に維持されるよ
うなフィード・バックが作動する。

従って、円筒型圧電素子（１００）の電極（１０２１）
、（１０２２）、（１０２３）及び（１０２４）へ印加
した三角波電極Ｖｘ”、Ｖｘ−、Ｖｙ’、Ｖｙ−４：対
応するＸＹＮＩｌｌと、電極（１０２５）に印加した電
圧変化量ΔＶｚに対応するＺ座標が試料（５１０）表面
の凹凸状態を反映したへＦＮ像となる。

ここで変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の操作方
法について説明する０例えば第１Ｄ図に示すように、そ
れぞれコンピュータでコントロールされるＤ／Ａ変換器
（３１）及び（３２）を抵抗Ｒ１及びＲ２を介してオペ
アンプ電圧増幅口１　（３３）に接続すると共にオペア
ンプ電圧増幅回路（３３）に並列に抵抗Ｒ１を接続する
。抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ１の各抵抗値を適当に設定する
ことにより、双方のＤ／Ａ変換器（３１）及び（３２）
の出力が互いに興なる電圧増幅率で加算されるようにす
る。

変位用バイモルフ型圧電素子（２０Ｇ）として、例えぼ
印加電圧６０ｖにおける可動距離が１５μ−１最大印加
電圧１５０ｖの素子を使った場合の単位印加電圧当たり
の変位量は約２．５オンゲストローＪＡ／　ｍＶである
。そこで、Ｄ／Ａ変換器（３１）及び（３２）として最
大出力電圧Ｖ１＝±ＩＯＶ、１６ビツトの変換器を用い
、Ｄ／Ａ変換器（３１）の出力の電圧増幅率を１５とし
、このＤ／Ａ変換！＜３１）カら出力電圧ｖ１を１ｓ＋
Ｖづつ変化させるものとすれば、オペアンプ電圧増幅回
路（３３）から１５ｍＶづつ最大１５０ｖまで電圧を出
力させることができる。すなわち、変位用バイモルフ型
圧電素子（２００）を３７．５オングストロームづつ最
大３７．５μ蒙まで変位させることができる。一方、Ｄ
／Ａ変換器（３２）の出力の電圧増幅率を１７１５とし
、このＤ／Ａ変換器（３２）からの出力電圧ｖ２を１ｍ
Ｖづつ変化させるものとすれば、オペアンプ電圧増幅回
路（３３）から１７１５−Ｖづつ最大０．６６７Ｖまで
電圧を出力させることができる。すなわち、変位用バイ
モルフ型圧電素子（２００）を０．１６７オングストロ
ームづつ最大０．１６７μ論まで変位させることができ
る。従って、Ｄ／Ａ変換器（３１）及び（３２）の出力
を加算してオペアンプ電圧増幅回路（３３）で増幅する
ことにより、１０オングストロームのオーダのトンネル
領域で変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の自由端
（２００ａ）の変位を十分にコントロールすることがで
きる。

この発明の＾ＦＮの微動走査機構は、例えば第１Ｅ図及
び第１Ｆ図で示すように粗動機構（６００）と組み合わ
せて使用される。微動走査機構（１０００）は、例えば
３点支持方式の粗動機構（ＳＯＯ）に装着され、粗動機
構（６００）と共に静止した試料台（ＳＯＯ）の上に載
置される。粗動機構（ｅｏｏ）は、その中心部付近に上
面から下面に貫通する貫通孔が形成されており、この貫
通孔内に微動走査機構（１０００）を収容する。微動走
査機構（１０００）は、円筒型圧電素子（１００）の固
定端（１００ｂ）を電気的絶縁性の例えば石英からなる
固定リング（６２０）を介して接着剤で貫通孔内に固定
されている。粗動機構（ｅｏｏ）には上面から下面に貫
通する３本のネジ（８１０”）が螺合されている。

これらのネジ（６１０）は、第１Ｇ図に示すように、正
三角形あるいは二等辺三角形をなすような位置に平面（
ＸＹ平面）配置されている。さらに、３本のネジ（６１
０）により形成される二等辺三角形あるいは正三角形の
底辺Ｐの両端に位置する２本のネジ（６１０）をそれぞ
れ台２、他の１本のネジ（６１０）をＮ２とすると、圧
電素子（１００）の中心点０２、すなわち変位用バイモ
ルフ型圧電素子取り付け部（２２０）の中心点と第２の
探針（４１０）はネジＭ２を通り且つ二等辺三角形の底
辺Ｐに垂直な直線り、　−０２上に位置し、特に第２の
探針（４１０）は二等辺三角形の底辺かられずかな距離
Ｂだけずれた位置に配置される。

そして粗動機構（６００）の下面から下方に突出した各
ネジ（６１０）の先端部が試料台（５００）の試料載１
面（５００ａ）上に接し、これにより微動走査機構（１
０００）の圧電素子（１００）及び第２の探針（４１０
）は試料台（５００）の試料載置面（５００ａ）の上方
に位置することとなる。尚、各ネジ（６１０）の粗動機
構（６００）の下面からの突出長さは、各ネジ（６１０
）を回転させることによって調節することができる。

微動走査機構（１０００）と共に粗動機構（６００）を
試料台（５００）の試料載置面（５００ａ）上に載置し
たときに第２の探針（４１０）の先端が試料（５１０）
に触れず且つ離れ過ぎないように、予め３本のネジ（６
１０）の高さを調節しておく、その後、ネジＭ２を回す
ことにより、第２の探針（４１０）の先端を試料（５１
０）表面に近接させる。第１Ｇ図で示したように第２の
探針（４１０）は３本のネジ（６１０）により形成され
る三角形の底辺Ｐから距離Ｂだけ離れている。従って、
この底辺ＰからネジＮ２までの距離をＡ（＞Ｂ）とする
と、第１Ｈ図の垂直面関係図から判るように、ネジＨ７
を回してこれに高低差Ｈを与えると、２本のネジＨ６を
結ぶ底辺Ｐが支点となり、第２の探針（４１０）はほぼ
Ｂ／Ａ倍の倍率で縮小された高低差りで上下動する。こ
の縮小率は、第１Ｇ図において、粗動機構（６００）の
中心Ｏ８と第２の探針（４１０）が取り付けられる円筒
型圧電素子（１００）の中心ｏ２との距離Ｃによって決
定されるので、粗動機構（ＳＯＯ）の製作時に所望の縮
小率を設定することができる。

第２の探針（４１０）と試料（５１０）との間に作用す
る原子間力が無視できる程小さくカンチ・レバー（３０
０）に撓みが生じない状態で、粗動機構（６００）の３
本のネジ（６１０）を使って第２の探針（４１０）と試
料（５１０）を互いにある程度近接させる０次に、第１
の探針（１１０）とカンチ・レバー（３００）との間に
トンネル電流を測定するためのバイアス電圧を印加し、
前述の如く原子間力が作用したときにカンチ・レバーの
自由端（３００ａ）と第１の探針（１１０）との間に予
め設定された値のトンネル電流が流れるようなカンチ・
レバー（３００）の撓みに応じた印加電圧を変位用バイ
モルフ型圧電素子（２００）へ印加し、この電圧を一定
値に保つ０次に、円筒型圧電素子（１００）へ三角波電
圧を印加すると、第２の探針（４１０）は静止した試料
台（５００）に取り付けた試料（５１０）面に対し二次
元ＸＹ定走査る。

次に、ネジ阿、を回して第２の探針（４１０）と試料（
５１０）をさらに接近させる。そして、第２の探針（４
１０）と試料（５１０）との間に原子間力が作用してカ
ンチ・レバー（３００）に撓みが発生し、第１の探針（
１１０）とカンナ・しｔ＜−（３００）との間のトンネ
ル電流が設定値に達したらフィード・バック回路を作動
させてトンネル電流を設定値で維持するように、すなわ
ち試料（５１０）面に凹凸があってもカンチ・レバー（
３００）の撓みが一定となるように、電極（１０２５）
へのフィード・バック電圧の印加によって円筒型圧電素
子（１００）の自由端（１００ｍ）をＺ方向にコントロ
ールする。このときのＸＹ走査量とＺ方向のフィード・
バック量をデイスプレィで表示することにより、試料（
５１０）のへＦＭ表面観察像が映し出される。

以上説明したように、この第１実施例の微動走査機構（
１０００）では、試料（５１０）は静止した試料台（５
００）上に取り付けられるので、観察する試料（５１０
）の寸法が円筒型圧電素子（１００）によって制限を受
けることや、試料（５１０）を取り付ける際に円筒型圧
電素子（１００）やバイモルフ型圧電素子（２００）を
変形・破損させる恐れがない。また、試料（５１０）と
試料台（５００）の脱着が簡単となり、第１の探針（１
１０）とカンチ・レバー（３００）の距離の設定が容易
となる。

ここで、第１実施例における微動走査機構（１０００）
とその適用のための粗動機構（６００）の各部材の材質
及び寸法等を詳細に述べる。

円筒型圧電素子（１００）の寸法は、例えば長さ８０ａ
ｍ、内径１０．６ｓ＋ｍ、外径１２．８ｍｍ、ＸＹ力方
向びＺ方向の単位印加電圧当たりの変位量はそれぞれ約
２００および約１００オングストローム／Ｖのものであ
る。

変位用バイモルフ型圧電素子（Ｚｏｏ）の寸法は、クラ
ンプ部５１、厚み０．５３ｍ５、全長１０−一、幅２ｍ
ｍ、印加電圧６０Ｖにおける可動距離１５μイ、印加電
圧６０Ｖにおける力３５ｇ、最大印加電圧１５０ｖであ
る０弾性板（２０３）は厚み０．１２働転全長１０＋ｎ
ｍ、幅２ＩＩ餉のりん青銅（Ｓｎ：２〜８％、Ｐ：０．
２％、Ｃｕ：９１．ｆ３−９７．８％）板である。圧電
物質（２０１１）及び（２０１２）の厚みはＯ，：’ｅ
ｍである。

円筒型圧電素子（１００）及び変位用バイモルフ型圧電
素子（２００）の圧電物質（１０１）、（２０１１）及
び（２０１２）の材料としては、例えば電歪定数ｄｓ＋
＝２００ｘ１０−　’　”ｍ／Ｖ、キュリー温度的２０
０℃のチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏｓ
）の圧電材料を使う、を極（１０２）、（２０２１）及
び（２０２２）は、例えば銀（八ｇ）の焼き付けあるい
はニッケル（Ｎｉ）の無電解メツキにより例えば厚さ３
μ−程度に形成される。変位用バイモルフ型圧電素子（
２００）のバネ定数に２は１２８０ＯＮ／ｍである。

トンネル電流を経時的に変化させたり、トンネル領域に
入る印加電圧の再現性を悪くする変位用バイモルフ型圧
電素子（２００）のヒステリシス、クリープは、例えば
Ｃ，Ｖ、Ｎｅｗｃｏｓ＋ｂ　ｉｎｄ　１．Ｆｌｉｎｎ；
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、、　Ｖｏｌ、１８．　
Ｎｏ、１１．　ｐｐ、４２２−４２４（１９８２）記載
の圧電素子の電源回路や、Ｈ，Ｋａｉｚｕｋａａｎｄ　
Ｂｙｒｏｎ　Ｓｉｕ；　Ｊｐｎ、　Ｊ、＾ｐｐ１．　Ｐ
ｈｙｓ、、　Ｖｏｌ、２７゜Ｐａｒｔ　２．　Ｎｏ、５
．　ｐｐ、Ｌフッ３−Ｌフッ６（１９８８）記載の圧電
素子とコンデンサとの直列接続などの電荷制御方式によ
って減少させることができる。

第１の探針（１１０）は直径０．２５ｍｍのタングステ
ン（Ｉｌｌ）や白金・イリジウム合金（Ｐｔ：９０％、
Ｉｒ：１Ｇ％）からなるワイヤの先端を機械加工あるい
は電解研磨でとがらせたもので、円筒型圧電素子（１０
０）の自由端（１００ａ）に取り付けられている。

第１の探針取り付け部（１２０）及び変位用バイモルフ
型圧電素子取り付け部（２２０）は、精密で複雑な形状
の機械加工ができる等方性で均質な電気的絶縁物のマシ
ナブル・セラミック（ＳｉＯ２：４６％。

Ａｌ２Ｏ，：１６％、ＭｇＯ：１７％、に、Ｏ：１０％
、Ｆ：４％、Ｂ２Ｏ３ニア％）を使っている。

カンチ・レバー（３０Ｇ）は、非磁性物質で且つ適切な
剛性を有する金属などの材質、例えば金（＾Ｕ）、白金
（ｐｔ）、タングステン（綺）、モリブデン（Ｎｏ）、
シリコン（Ｓｉ）などから形成されている。その寸法は
、例えば材質としてモリブデン（Ｎｏ）を用いた場合、
幅２５０〜３００μ−１厚み１０〜２０μｍ、長さ５０
０〜８００Ｊ、ＬＩＩである。

第２の探針保持部（４２０）は、例えば第２の探針（４
１０）の先端を露出させ、他の部分を包み込むようにし
たニッケル（Ｎｉ）粉末の焼結体を使う。

第２の探針（４１０）は、例えば天然若しくは人造のダ
イアモンド・スタイラスを使い、原子間力を検出するに
必要な鋭い尖端を有し、例えばその先端の曲率半径は０
．５μ−以下である。

幅２８０μｍ、厚み１０シー、長さ７５０μ■のモリブ
デン（Ｎｏ）からなるカンチ・レバー（３００）の自由
端に、直径２５０μ−２長さ３００μ鞘のニッケル（Ｎ
ｉ）粉末焼結体からなる第２の探針取り付け部（４２０
）及び底面の直径２５０μ転高さ２００μ−の円錐形ダ
イアモンド・スタイラスからなる第２の探針（４１０）
を取り付けたときの片持はつとしての特性は、バネ定数
に、＝９ＯＮ／ｍ、共振振動数は６ＫＨｚである。

所定の各要素を互いに固定する接着剤としては、比較的
重い部材を固定するときには液たれを防止するために揺
変性（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）を備えたエポキシ樹脂
と芳香族アミン系の硬化剤とを用い、カンチ・レバー（
３００）や第２の探針（４１０）のように比較的軽い部
材を固定するときにはシアノアクリレートのような接着
剤を使う。

カンチ・レバー取り付け部（３２０）としては、電気的
絶縁物のマシナブル・セラミックの小片を用い、これを
変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の自由端（２０
０ｍ）とカンチ・レバー（３００）の固定端（３００ｂ
）の間に介在させて接着剤で接−着する。あるいは、変
位用バイモルフ型圧電素子（２００）の自由端（Ｚｏｏ
ｍ）とカンチ・レバー（３００）の固定端（３００ｂ）
を例えば電気的絶縁性の優れたエポキシ樹脂の接着剤で
直接接着し、この接着剤をカンチ・レバー取り付け部（
３２０）としてもよい。

試料台（５００）と粗動機構（６００）の主要材料には
、熱膨張係数が小さい、例えば温度３０〜１００℃での
熱膨張係数が２ｘ　１０−’／”Ｃ以下のインパール（
Ｆｅ：６４％、Ｎｉ：３６％）あるいは温度３０〜１０
０℃での熱膨張係数が１，３ｘ　１０−’／”Ｃ以下の
スーパ・インパール（Ｆｅ：６３％、Ｎｉ：３２％、Ｃ
ｏ：５％）等を用いる。

３本のネジ（６１０）は、純鉄（Ｆｅ）あるいは硬さ及
び切削性等の機械的性質を改善するため鉄に鉛（Ｐｂ）
や硫黄（Ｓ）を添加したものから形成する。各ネジ（６
１０）は、例えば外径１７４インチ、ピッチＰが０゜３
１７５ｍｍでネジ山数８０フインチのユニファイ細目ネ
ジ（ＪＩＳ　８０２０８）を用いる。第１Ｅ図及び第１
Ｆ図に示すように、これらネジ（６１０）の先端部（６
１０ｂ）には３点支持を確実に成すために金属球（６１
０ｍ）が設けられている。この金属球（６１０ａ）には
例えば球径３／１６インチの球軸受用鋼球（ＪＩＳ　Ｂ
　１５０１）を用い、これを各ネジ（６１０）の先端部
（６１０ｂ）の凹みにがしめて取り付ける。粗動機構（
６００）に平面配置される３本のネジ（６１０）に対応
する雌ネジには清らがな回転ができるよう比較的滑らか
い例えば黄銅（Ｃｕニア０％、Ｚｎ：３０％）の雌ネジ
カラー（６２０）が粗動機構（６００）の中に嵌め合い
で固定されている。

この発明の第２実施例に係る微動走査機構を第２Ａ図及
び第２Ｂ図に示す、この第２実施例は、第１実施例にお
いて第１の探針取り付け部（１２０）と変位用バイモル
フ型圧電素子取り付け部（２２０）とを、同一の連続物
体からなるほぼ円盤形状の第１探針・バイモルフ取り付
け部（７２０）で構成したものである。

第１探針・バイモルフ取り付け部（７２０）は、円形の
固定部（７２０ｂ）と円筒型圧電素子（１００）の外側
に位置する第１探針保持部（７２０ｍ）がらなり、固定
部（７２０ｂ）の周縁部が円筒型圧電素子（１００）の
自由端（１００ａ）の周縁部に例えば接着剤で固定され
ている。第１の探針（１１０）は第１探針保持部（７２
０ａ）に装着される。変位用バイモルフ型圧電素子（Ｚ
ｏｏ）の固定端（２００ｂ）は、円筒型圧電素子（１０
０）の自由端（１００ａ）の中心部付近に相当する固定
部（７２０ｂ）の中心部付近に例えば接着剤で固定され
る。カンチレバー取り付け部（３２０）、カンチ・レバ
ー（３００）、第２の探針の取り付け部（４２０）及び
第２の探針（４１０）はそれぞれ第１実施例と同様に配
置されている。

第１探針・バイモルフ取り付け部（７２０）は、マシナ
ブル・セラミックを用いて精密な機械加工により製作さ
れる。

この第２実施例によれば、製作の容易な高信頼性の微動
走査機構を提供できる。すなわち、第１実施例では第１
の探針（１１０）とカンチ・レバー（３００）とが、第
１Ｂ図に示すように、第１の探針取り付け部（１２０）
、電極（１０２３）、圧電物質（１０１）、電極（１０
２５）、変位用バイモルフ型圧電素子取り付け部（２２
０）、変位用バイモルフ型圧電素子（２００）及びカン
チ・レバー取り付け部（３２０）と多数の部材を介して
結合されているのに対し、第２実施例では第１の探針（
１１０）とカンチ・レバー（３００）とが、第２Ｂ図に
示すように、第１探針・バイモルフ取り付け部（）２０
）、変位用バイモルフ型圧電素子（２００）及びカンチ
・レバー取り付け部（３２０）と少ない部材で結合され
、第１実施例よりも簡単な径路となっている。このため
、第１の探針（１１０）の先端とカンチ・レバー（３０
Ｇ）との位置合わせがやりやすくなって製作が容易とな
り、また異種材質の介在が減少しているので複雑な熱膨
張や振動の問題の発生する恐れが少なくなり、高い信頼
性の微動走査機構を提供できる。

この発明の第３実施例に係る微動走査機構を第３図に示
す、この第３実施例では、円筒型圧電素子（１００）の
自由端（１００ａ）に同一の連続物体からなる橋梁形状
の第１探針・バイモルフ取り付け部（）２１）が固定さ
れている。

第１探針・バイモルフ取り付け部（７２１）は、橋梁形
状の固定部（７２１ｂ）と円筒型圧電素子（１００）の
外側に位置する第１探針保持部（７２１ａ）からなり、
固定部（７２１ｂ）が円筒型圧電素子（１００）の円筒
中心を通って自由端（１００ｍ）の周縁部の２箇所を橋
渡しするように例えば接着剤で固定されている。

この実施例によれば、第１探針・バイモルフ取り付け部
（７２１）の重量が小さくなると共に第１探針・バイモ
ルフ取り付け部（７２１）と円筒型圧電素子（１００）
の自由端（１００ｍ）との接合部分の長さが小さくなる
ので、複雑な三次元変位で微動走査機構を動作させると
きの第１探針・バイモルフ取り付け部（７２１）と円筒
型圧電素子（１００）との間における機械的歪みが少な
くなる。

この発明の第４実施例に係る微動走査機構を第４Ａ図及
び第４Ｂ図に示す、この第４実施例では、同一の連続物
体からなる第１探針・バイモルフ取り付け部（７２２）
にさらに第３の探針（８１０）が取り付けられている。

第１探針・バイモルフ取り付け部（７２２）は、円形の
固定部（）２２ｂ）と円筒型圧電素子（１００）の外側
に位置する第１・第３探針保持部（７２２ｍ）からなり
、固定部（７２２ｂ）の周縁部が円筒型圧電素子（１０
０）の自由端（１００ａ）の周縁部に例えば接着剤で固
定されている。第１・第３探針保持部（７２２ｍ）には
、第１探針の装着箇所（７２２ｃ）とこの第１探針の装
着箇所（７２２ｃ）より外側に位置する第３探針の装着
箇所（７２２ｄ）とが形成されており、これらにそれぞ
れ第１及び第３の探針（１１０）及び（８１０）が装着
される。

第３の探針（８１０）は、第１の探針（１１０）及び第
２の探針（４１０）よりも円筒型圧電素子（１００）の
円筒軸から離れて配置されており、第３の探針（８１０
）から試料（５１０）面を遮るものなく垂直下に見るこ
とのできる配置となっている１例えば長い第３の探針（
８１０）を第３探針の装着箇所（）２２ｄ）へ装着して
第３の探針（８１Ｇ）の先端が第２の探針（４１Ｇ）の
先端よりも試料（５１０）面に近くなるように配置すれ
ば、第３の探針（８１Ｇ）の先端は試料（５１Ｇ）面上
で、円筒型圧電素子（１０Ｇ）の自由端（１００ｍ）と
連動して三次元変位する。

この第４実施例によれば、微動走査機構を八ＦＮだけで
なく、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）としても適用でき
る。第１Ｅ図ないし第１Ｈ図において説明したような粗
動機構（６０Ｇ）により第三の探針（８１０）と試料（
５１０）を互いに近接させた状態で、第三の探針（８１
Ｇ）と試料（５１Ｇ）との間にバイアス電圧を印加し、
円筒型圧電素子（１０Ｇ）へ三角波電圧を印加すると共
に、第三の探針（８１０）と試料（５１０）の間の距離
がトンネル領域となり、トンネル電流を設定値で維持す
るように圧電素子（１００）の２方向の制御を行う、こ
のときのＸＹ走査量とＺ方向のフィード・バック量とを
デイスプレィで表示することにより、試料（５１０）の
Ｓ７８表面観察像が映し出される。なお図面では、第三
の探針（ＳｔＯ）へのバイアス電圧の印加を行うための
電気的導線、半田等の電気的接続用部材の図示は省略し
である。また、八ＦＨの微動走査機構として用いる場合
は、第３の探針（８１Ｇ）を装着箇所（７２２ｄ）から
引き抜いておくか、あるいは第３の探針（８１Ｇ）の先
端が第２の探針（４１０）より試料（５１Ｇ）から遠ざ
かるようにしておけばよい。

この発明の第５実施例に係る微動走査機構を第５Ａ図に
示す、この第５実施例は、第１実施例における第１の探
針取り付け部（１２０）に第１の探針（１１０）と同軸
上に雌ネジ部分（１２０１）を形成し、ここに雄ネジ（
１２０２）を螺合したものである。雄ネジ（１２０２）
を回転させると、雄ネジ（１２０２）と接触している第
１の探針（１１０）が押されて進み、第１の探針（１１
０）の尖端が図示しないカンチ・レバーに接近する。

この第５実施例によれば、雄ネジ（１２０２）の回転に
よって、第１の探針（１１０）の先端を予め変位用バイ
モルフ型圧電素子（２００）に印加する電圧Ｅ０により
調節できる一次元変位範囲内へ容易に収めて置くことが
でき、このため変位用バイモルフ型圧電素子（２００）
の印加電圧ｖ０で確実にトンネル領域を実現できる。変
位用バイモルフ型圧電素子（２００）として例えば、印
加電圧６０ｖにおける可動距離１５μ−のものを用いる
と、この可動距離内にビンセットで掴んだ第１の探針（
１１０）の先端をカンチ・レバー（３００）の方へ近ず
けることはかなり困難であるが、この第５実施例の雄ネ
ジ（１２０２）を回転させると容易に近ずけることがで
きる。雄ネジ（１２０２）には例えばピッチ２５０μ−
のＭｌ（ＪＩＳ　ＢＩＩＯＩ）小ネジを使い、雌ネジ部
分（１２０１）はこれに対応した雌ネジを第１の探針取
り付け部（１２０）に部分的に形成しておけばよい。

第１の探針（１１０）の装着方法を詳述すれば、第１の
探針取り付け部（１２０）に例えば導線（リード線）の
半田付けが可能な金属製の外径０．７５ｍｍ、内径０．
４論−の細管を嵌めておき、この細管内に第１の探針（
１１０）を少し「＜」字形に曲げて挿入し装着する。さ
らに、第１の探針（１１０）とカンチ・レバー（３００
）の間をルーペ或は実体顕微鏡で覗きながら雄ネジ（１
２０２）を回転させて第１の探針（１１０）の先端をカ
ンチ・レバー（３００）の方へ近づけたら、少し雄ネジ
（１２０２）を逆回転させるか取りはずす。

これにより、第１の探針（１１０）は細管内に留まり、
雄ネジ（１２０２）と第１の探針（１１０）との接触が
なくなって、雄ネジ（１２０２）の緩み及びガタによる
第１の探針（１１０）の先端の経時的位置ずれが防止さ
れる。また、雄ネジ（１２０２）を通じて外部から受け
る第１の探針（１１０）の振動を防ぐことができる。

第５Ｂ図及び第５Ｃ図に第５実施例の変形例を示す、第
５Ｂ図の変形例では、第２実施例及び第３実施例の第１
探針・バイモルフ取り付け部（７２０）及び（７２１）
の第１探針保持部（７２０ｍ）及び（７２１ｍ）に雌ネ
ジ部分（７２０１）が形成され、ここに雄ネジ（７２０
２）が螺合されている。一方、第５Ｃ図の変形例では、
第４実施例の第１探針・バイモルフ取り付け部（７２２
）の第１探針の装着箇所（）２２Ｃ）に雌ネジ部分（）
２０１）が形成され、ここに雄ネジ（７２０２）が螺合
されている。これらの変形例においても上述した第５実
施例と同様の効果が得られる。尚、第５Ｃ図の第３の探
針（８１０）は第５実施例で説明した第１の探針（１１
０）の装着方法と同様の方法により装着することができ
る。

さらに、第５Ｄ図ないし第５Ｆ図に示すように、側面に
ネジ切りされた、すり割り付きの第１の探針（１１１）
を使用し、これを雌ネジ（１２０１）及び（）２０１）
に螺合させてもよい、雄ネジの第１の探針（１１１）を
回転させることにより、その第１の探針（１１１）の先
端がカンチ・レバー（３００）の方へ近づく。

このような雄ネジが形成された第１の探針（１１１）と
しては、例えば直径１−のタングステン（Ｉｌｌ）棒の
側面に０．２５ｍ−のピッチのメートル並目ネジ（ＪＩ
ＳＢ　０２０５）を形成した後、一端にネジ回し道具で
回転させることができるように例えば幅０．３２＋＊ｍ
、深さ０．３５ｍｍのすり割りを設け、他端の先端を機
械加工あるいは電解研磨でとがらせたものを用いる。

これら第５Ｄ図ないし第５Ｆ図に示した変形例によれば
、螺合部の長さを大きくとれるので、第１の探針（１１
１）を第１の探針取り付け部（１２０）もしくは第１探
針・バイモルフ取り付け部（）２０）〜（７２２）に少
ない緩み及びガタで装着できる。

この発明の第６実施例に係る微動走査機構を第６Ａ図及
び第６Ｂ図に示す、この第６実施例では、変位用バイモ
ルフ型圧電素子（２００）の自由端＜２００ｍ）を機械
的に挟んでカンチ・レバー取り付け部（３２０）を固定
・保持する保持用圧電素子（９００）が第１探針・バイ
モルフ取り付け部（７２０）に設けられている。

保持用圧電素子（９００）としては例えば一対のバラレ
ル型の保持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２
）を用いる。これら一対の保持用バイモルフ型圧電素子
（９１）及び（９２）はいずれも変位用バイモルフ型圧
電素子（２００）と平行に第６Ａ［ｇのＹ軸方向に沿っ
て配置されている。保持用バイモルフ型圧電素子（９１
）及び（９２）の固定端（９１ｂ）及び（９２ｂ）はい
ずれも変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の固定端
（２００ｂ）の取り付けられている近傍で、第１探針・
バイモルフ取り付け部（７２０）に取り付けられている
。

保持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２）は、
第６Ｃ図に示・されるように、それぞれ弾性板（９１３
）及び（９２３）の両面に圧電物質（９１１１）、（９
１１２）及び（９２１１）、（９２１２）が形成され、
さらにこれら圧電物質の上に電極（９１２１）、（９１
２２）及び（９２２１）、（９２２２）が形成されてい
る。圧電物質（９ｉ１１）及び（９２１１）はそれぞれ
電極（９１２１）及び（９２２１）から弾性板（９１３
）及び（９２３）に向かう方向が、圧電物質（９１１２
）及び（９２１２）はそれぞれ弾性板＜９１３）及び（
９２３）から電極（９１２２）及び（９２２２）へ向か
う方向が分極方向となり且つ歪み方向と分極方向が直交
する横効果モードで分極処理が施されている。各圧電素
子（２００）、（９１）及び（９２）において、一対の
電極（２０２１）と（２０２２）、（９１２１）と（９
１２２）、（９２２１）と（９２２２）をそれぞれ電気
的に接続してこの接続側を十電位とし、弾性板（２０３
）、（９１３）及び（９２３）を−電位として電圧を印
加すると、変位用バイモルフ型圧電素子（２０Ｇ）の自
由端（２００ａ）はＦ２、保持用バイモルフ型圧電素子
（９１）及び（９２）の自由端（９１ｍ）及び（９２ｍ
）はそれぞれＦｓ＋　、Ｆ１２の変位量で矢印で示した
方向に変位する。すなわち、一対の保持用バイモルフ型
圧電素子（９１）及び（９２）の自由端（９１ｍ）及び
（９２ｍ）の変位方向が逆方向である。なお図面では、
各電極及び弾性板への駆動電圧の印加を行うための電気
的導線、半田等の電気的接続用部材の図示は省略しであ
る。

変位用バイモルフ型圧電素子の自由端（２００ａ）には
、その外周部を包むようにキャップ状をした例えばマシ
ナブル・セラミックのような電気的絶縁性の材質の絶縁
子（２０４）が取り付けられている。

一対の保持用バイモルフ型圧電素子＜９１）及び（９２
）に電圧を印加しないときは、絶縁子（２０４）と保持
用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２）の自由端
（９１ｍ）及び（９２ｍ）との間隔ｄはそれぞれ電圧印
加時の保持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２
）の変位量Ｆｉｌ及びＦ、、よりも小さい値となってい
る。

保持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２）は次
のように動作する。まず、保持用バイモルフ型圧電素子
（９１）及び（９２）に電圧を印加せずに、第１図でも
って説明したように、第２の探針（４１０）と試料（５
１０）との間で作用する原子間力がなく、カンチ・レバ
ー（３００）に撓みのない状態で、変位用バイモルフ型
圧電素子（２０Ｇ）への印加電圧を大きくして°いく、
そして、カンチ・レバー（３０Ｇ）の自由端（３００ａ
）と第１の探針（１１０）との閏の距離がトンネル領域
にはいり、流れるトンネル電流が設定値となるよう、そ
の距離を小さくしてゆく、このようにして流れるトンネ
ル電流が設定値となったとき、変位用バイモルフ型圧電
素子（２０Ｇ）への印加電圧を原子間力が作用したとき
のカンチ・レバー（３００）の撓みに応じた印加電圧と
して、この電圧を一定値に保つと共に、保持用バイモル
フ型圧電素子（９１）及び（９２）に自由端（９１ａ）
及び（９２ｍ）の変位量Ｆｌｌ及びＦ、、が初期の間隔
ｄより大きくなるような電圧を印加する。これにより、
変位用バイモルフ型圧電素子の自由端（２００ｍ）は絶
縁子（２０４）を介して保持用バイモルフ型圧電素子（
９１）及び（９２）の自由端（９１ａ）及び（９２ｍ）
により挟まれ、固定・保持される。

この状態で円筒型圧電素子（１００）へ三角波電圧を印
加すると、円筒型圧電素子（１０Ｇ）の自由端（１００
ｍ）、変位用バイモルフ型圧電素子（Ｚｏｏ）の自由端
（２００ａ）、カンチ・レバー（３００）の自由端（３
００ａ）、第１の探針（１１０）及び第２の探針（４１
Ｇ）が連動して、第２の探針（４１０月ま静止した試料
台（５００）に取り付けた試料台（５１０）面に対し二
次元走査する。

従って、第１Ｅ図ないし第１Ｈ図において説明したよう
な粗動機構（６０Ｇ）により第２の探針（４１０）と試
料（５１０）との間で原子間力が作用しカンチ・レバー
（３００）が撓むまで第２の探針（４１０）と試料（５
１０）との間を近接させ、カンチ・レバー（３００）の
自由端（３００ａ）と第１の探針（１１０）との間のト
ンネル電流が設定値に維持されるように円筒型圧電素子
（１００）のＺ方向の制御を行えば、このときのＸＹ走
査量とＺ方向のフィード・バック量とをデイスプレィで
表示することにより試料（５１０）のへＦＮ表面観察像
が映し出される。

保持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２）とし
ては、変位用バイモルフ型圧電素子（Ｚｏｏ）と同じ寸
法、材質のものを用いることができる。

この第６実施例によれば、変位用バイモルフ型圧電素子
（２００）の自由端（２００ａ）が絶縁子（２０４）を
介して保持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２
）により挟み込まれているから、上述した電荷制御方式
を併用することにより、変位用バイモルフ型圧電素子（
２００）のヒステリシス及びクリープを無くすことがで
きる。すなわち、トンネル電流が経時的に変化したり、
トンネル領域に入る印加電圧の再現性の低下を防止でき
る。この実施例は、第１の探針（１１０）とカンチ・レ
バー（３００）との距離をトンネル領域範囲内に設定す
るのに、挟み込んで固持し易い自由端（２００ａ）を有
する片持ちはりの形状である変位用バイモルフ型圧電素
子（２００）を使っているから実現可能なものである。

第６Ｄ図に示すように、絶縁子（２０４）をカンチ・レ
バー取り付け部とすることもできる。

また、第６Ｅ図に示すように、第３実施例で示した橋梁
形状の第１探針・バイモルフ取り付け部（７２１）に保
持用バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２）等を設
けてもよい。

この発明の第７実施例に係る微動走査機構を第７Ａ図に
示す、この第７実施例では、変位用バイモルフ型圧電素
子（２００）の自由端（２００ａ）にカンチ・レバー取
り付け部（３２０）の位置を微調節する微調節用圧電素
子（９３０）が設けられている。

微調節用圧電素子（９３０）は、変位用バイモルフ型圧
電素子（２００）の自由端（２００ａ）に取り付けられ
た微調節用圧電素子取り付け部（９４０）とカンチ・レ
バー取り付け部（３２０）との間に介在する縦効果モー
ドの単層の角板型圧電素子である。この微調節用圧電素
子（９３０）は圧電物質（９３１１）と電極＜９３２１
）及び（９３２２）から構成されており、第７Ｂ図に示
すように、圧電物質（９３１１）は電極（９３２１）か
ら電極（９３２２）へ向かう矢印の方向が分極方向とな
り且つ歪み方向と分極方向が同じである縦効果モードで
分極処理が施されている。

第ｌＣｌ１ｇにおいて説明したように、変位用バイモル
フ型圧電素子（２００）の電極（２０２１）と電極（２
０２２）を電気的に接続してこの接続側を十電位とし、
弾性板（２０３）を−電位として両者の間に電圧Ｅ０を
印加すると、その自由端（２００ｍ）は固定端（２００
ｂ）に対してＺ軸方向にｕｏの一次元変位を生じる。一
方、微調節用圧電素子（９３０）の電極（９３２２）は
十電位、電極（９３２１）は−電位としてこれら両者の
間に電圧Ｅ、を印加・駆動すると電極（９３２２）は微
調節用圧電素子取り付け部（９４０）に対してＺ軸方向
にＵ、の−次元変位を生じる。従って、変位用バイモル
フ型圧電素子（２００）と微調節用圧電素子（９３０）
へそれぞれ電圧を印加・駆動すると、電極（９３２２）
は変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の固定端（ｚ
ｏｏｂ）からＺ軸方向にｕ＝ｕ６＋ｕ、の−次元変位を
することになる。尚、第７Ａ図では、電極（９３２１）
及び（９３２２）への駆動電圧の印加を行うための電気
的導線、半田等の電気的接続用部材の図示は省略しであ
る。

微調節用圧電素子（９３０）は、例えば長さ１−１幅２
−５厚み０．３１であり、印加電圧１０Ｖにおける一次
元変位量ｕ１は４０オングストロームである。圧電物質
（９３１１）の厚みは０．２−鋤であり、その材料とし
ては、例えば電歪定数ｄ３３＝４００Ｘ１０−１２ｍ／
Ｖ、キュリー温度的２００℃のチタン酸ジルコン酸鉛（
Ｐｂ（Ｚｒ−ＴＩ）０３）を用いる。電極（９３２１）
及び（９３２２）は、例えば銀（八ｇ）の焼き付けある
いはニッケル（Ｎｉ）の無電解メツキにより厚さ３μ論
程度に形成される。微調節用圧電素子取り付け部（９４
０）の材質としては、電気的絶縁物の例えばマシナブル
・セラミックを用いる。

この第７実施例の動作とその効果を、第７Ｃ図を用いて
説明する。変位用バイモルフ型圧電素子（２００）には
、コンピュータでコントロールされる最大出力電圧ｖ１
＝土１０Ｖの１６ビツトのＤ／Ａ変換器（３１）が抵抗
Ｒ３を介してオペアンプ電圧増幅回路（３３）に接続さ
れると共にオペアンプ電圧増幅回路（３３）に並列に抵
抗Ｒ３が接続されている。抵抗Ｒ，及びＲ３はＤ／Ａ変
換器（３１）の出力が電圧増幅率１５で増幅されるよ、
うな値に設定されている。

変位用バイモルフ型圧電素子（２０Ｇ）として、例えば
印加電圧６０ｖにおける可動距離が１５μ転最大印加電
圧１５０ｖの素子を使った場合、Ｄ／Ａ変換器（３１）
からの出力電圧ｖ１を１ｍＶづつ変化させるものとすれ
ば、オペアンプ電圧増幅回路（３３）から１５ｍＶづつ
最大１ｓｏｖまで電圧を出力させることができる。

すなわち、変位用バイモルフ型圧電素子（２０Ｇ）の変
位量ｕ０を３７．５オングストロームづつ最大３７．５
μ−まで変化させることができる。

一方、微調節用圧電素子（９３０）には、コンピュータ
でコントロールされる最大出力電圧ｖ２＝±１０Ｖの１
６ビツトのＤ／Ａ変換器（３２）の出力ｖ２が印加され
るように接続されている。微調節用圧電素子（９３Ｇ）
の単位印加電圧当たりの変位量は４オングストローム／
Ｖであるから、印加電圧ｖ２を１ｍＶづつ変化させるも
のとすれば、微調節用圧電素子（９３０）の変位量Ｕ、
は０．００４オングストロームづつ最大４０オングスト
ロームまで変化させることができる。

従って、Ｄ／Ａ変換器（３１）からの出力電圧ｖｌを１
ｍＶだけ変化させたときの変位用バイモルフ型圧電素子
（２００）の変位量３７．５オングストロームはＤ／Ａ
変換器（３２）の出力ｖ２による微調節圧電素子（９３
０）の可変範囲内となる。すなわち、変位用バイモルフ
型圧電素子（２００）と微調節圧電素子（９３０）の合
成変位量ｕ＝ｕ、÷ｕ、によって、第１の探針（１１０
）とカンチ・レバー（３０Ｇ）との距離を緻密に変化さ
せることができる。

変位用バイモルフ型圧電素子（２００）と比べて寸法が
小さくクリープが極めて少なく且つ単位印加電圧当たり
の変位量の小さいという特長を有する微調節用圧電素子
（９３０）と、単位印加電圧当たりの変位量が大きいと
いう特長を有する変位用バイモルフ型圧電素子（２００
）とを併用することにより、短時間で容易に第１の探針
（１１０）とカンチ・レバー　（３００）との間の距離
をトンネル領域内に収めることができる。この第７実施
例では、第２の探針（４１Ｇ＞と試料（５１Ｇ）の間で
原子間力が作用してカンチ・レバー（３００）が撓んだ
ときのカンチ・レバー（３００）の自由端（３００ａ）
と第１の探針（１１Ｇ）との間の距離の変化量ΔＬに相
当する変位用バイモルフ型圧電素子（Ｚｏｏ）への印加
電圧の変化量ΔＶの代わりに、変位量を極めて少しづつ
変化できる微調節用圧電素子（９３０）の印加電圧の変
化量で置き変えることができるから、微小なカンチ・レ
バー（３００）の撓み、すなわち微弱な原子間力の観測
に対応できる微動走査機構となる。

微調節用圧電素子（９３０）の代わりに第７Ｄ図に示す
ように、多層例えば３層の積層の角板型圧電素子からな
る微調節用圧電素子（９５０）を用いてもよい、微調節
用圧電素子（９５０）は圧電物質（９５１１）〜（９５
１３）と電極（９５２１）〜（９５２４）から構成され
ており、第７Ｅ図に示すように、圧電物質（９５１１）
〜（９５１３）はそれぞれ図中の矢印の方向が分極方向
となり且つ歪み方向と分極方向が同じである縦効果モー
ドで分極処理が施されている。このため、微調節用圧電
素子（９５Ｇ）の電極（９５２２）及び（９５２４）を
電気的に接続してこれを十電位、電極（９５２１）及び
（９５２Ｂ）を電気的に接続してこれを一電位としてこ
れら両者の間に電圧Ｅ３を印加・駆動すると電極（９５
２４）は微調節用圧電素子取り付け部（９４０）に対し
てＺ軸方向にＵ、の−次元変位を生じる。従って、変位
用バイモルフ型圧電素子（２００）と微調節用圧電素子
（９５６）へそれぞれ電圧を印加・駆動すると、電極（
９５２４）は変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の
固定端（２００ｂ）から２軸方向にｕｗ　ｕｏ◆ｕ３の
一次元変位をすることになる。

第７Ａ図及び第７Ｂ図に示した微調節用圧電素子（９３
０）と各圧電物質の寸法及び材質等が等しい場合には、
変位量ｕ３＝＝３ｕ＋となり、微調節用圧電素子（９５
Ｇ）の単位印加電圧当たりの変位量は１２オングストロ
ーム／Ｖとなる。同様に、ｎ層の積層の角板型圧電素子
を用いるとその変位量Ｕ。はＵ。＝ｎ”ｕ、となる、従
って、多層の角板型圧電素子を用いた場合には、単層の
角板型圧電素子の場合よりも一次元の変位量が大きくな
るので、トンネル領域内に入るまでの第１の探針（１１
０）とカンチ・レバー（３００）との間の距離範囲をよ
り広く探索することができる。

第７Ｆ図に示すように、変位用バイモルフ型圧電素子（
２００）の自由端（２００ｍ）にその外周部を包むよう
にキャップ状をした例えばマシナブル・セラミックのよ
うな電気的絶縁性の材質の絶縁子（２０４）を取り付け
ると共に絶縁子（２０４）に微調節用圧電素子（９３０
）あるいは（９５０）を取り付け、さらに一対の保持用
バイモルフ型圧電素子（９１）及び（９２）を用いて絶
縁子（２０４）を機械的に挟み込むことにより固定・保
持することもできる。このようにして変位用バイモルフ
型圧電素子（２００）の自由端（２００ｍ）を固定・保
持した後は、クリープの極めて少なく且つ単位印加電圧
当たりの変位量の小さい微調節用圧電素子（９３０）あ
るいは（９５０）で容易に第１の探針（１１０）とカン
チ・レバー（３００）の間の距離をトンネル領域内に入
れることができる。

この発明の第８実施例に係る微動走査機構を第８Ａ図及
び第８Ｂ図に示す、この第８実施例では、微調節用圧電
素子（９３０）の電圧印加のための電極（９３２１）が
変位用バイモルフ型圧電素子（２００）の電圧印加のた
めの電極（２０２１）と例えば半田付けによって電気的
に接続かつ機械的に結合されている。

第８実施例の動作は第７実施例と同様であるが、変位用
バイモルフ型圧電素子（２００）及び微調節用圧電素子
（９３０）に印加する各電圧の極性を調整するため、第
８Ｃ図に示すように、変位用バイモルフ型圧電素子（２
００）の電極（２０２１）及び（２０２２）を接地する
一方、弾性板（２０３）に反転電圧増幅器（３４）を介
してオペアンプ電圧増幅回路（３３）を接続し、さらに
微調節用圧電素子（９３０）の電極（９３２２）にＤ／
Ａ変換器（３２）を接続すればよい、また、第８Ｄ図に
示すように、Ｄ／Ａ変換器（３１）の代わりに反転され
た電圧−Ｖｌを出力するＤ／Ａ変換器（３５）を用いれ
ば、反転電圧増幅器（３４）は不要となる。

また、第８Ｅ図及び第８Ｆ図に示すようにへ多層の角板
型圧電素子からなる微調節用圧電素子（９５０）の電極
（９５２１）と変位用バイモルフ型圧電素子（２００）
の電極（２０２１）とを電気的に接続かつ機械的に結合
することもできる。

この第８実施例では、第７実施例における微調節用圧電
素子取り付け部（９４０）が無いので、構造が簡単とな
って剛性が高まると共に微動走査機構をより簡単に製造
することが可能となる。

尚、第７及び第８実施例における、変位用バイモルフ型
圧電素子（２００）、微調節用圧電素子（９３０）及び
（９５０）の各電極に印加する電圧の極性、電気的接続
方法は単なる例示に過ぎず、これらの実施例と異なった
分極方向に各圧電物質を分極処理した場合には、その分
極処理に応じた電気回路及び電気的接続方法を用いれば
よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明に係るＡ１の微動走査機
構は、円筒型圧電素子と、円筒型圧電素子の三次元変位
側端部に取り付けられた第１の探針取り付け部と、第１
の探針取り付け部に装着された第１の探針と、円筒型圧
電素子の三次元変位側端部に取り付けられた変位用バイ
モルフ型圧電素子取り付け部と、変位用バイモルフ型圧
電素子取り付け部に取り付けられた変位用バイモルフ型
圧電素子と、変位用バイモルフ型圧電素子の一次元変位
側端部に取り付けられたカンチ・レバー取り付け部と、
カンチ・レバー取り付け部に取り付けられたカンチ・レ
バーと、カンチ・レバーの撓み変位側端部に取り付けら
れた第２の探針取り付け部と、第２の探針取り付け部に
装着された第２の探針と、第２の探針に対向するように
配置された試料台とを備えているので、製作が容易で且
つ作業性に優れ、寸法により試料が制限を受けることが
少ない、信頼性の高い微動走査機構が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図はそれぞれこの発明の第１実施例
に係る微動走査機構を示す斜視図及び断面図、第１Ｃ図
は第１実施例の一部拡大断面図、第１Ｄ図は第１実施例
を動作させるための電気回路を示すブロック図、第１Ｅ
図及び第１Ｆ図はそれぞれ第１実施例の微動走査機構が
適用される粗動機構を示す斜視図及び断面図、第１Ｇ図
及び第１Ｅ図はそれぞれ第１Ｅ図の粗動機構の動作を示
す図２第２Ａ図及び第２Ｂ図はそれぞれ第２実施例に係
る微動走査機構を示す斜視図及び断面図、第３図は第３
実施例に係る微動走査機構を示す斜視図、第４Ａ図及び
第４Ｂ図はそれぞれ第４実施例に係る微動走査機構を示
す斜視図及び断面図、第５Ａ図は第５実施例に係る微動
走査機構を示す部分断面図、第５Ｂ図ないし第５Ｆ図は
それぞれ第５実施例の変形例を示す部分断面図、第６Ａ
図及び第６Ｂ図はそれぞれ第６実施例に係る微動走査機
構を示す斜視図及び断面図、第６Ｃ図は第６実施例の部
分断面図、第６Ｄ図及び第６Ｅ図はそれぞれ第６実施例
の変形例を示す部分斜視図及び斜視図、第７Ａ図及び第
７Ｂ図はそれぞれ第７実施例に係る微動走査機構の部分
斜視図及び部分断面図、第７Ｃ図は第７実施例を動作さ
せるための電気回路を示すブロック図、第７Ｄ図及び第
７Ｅ図はそれぞれ第７実施例の変形例を示す部分斜視図
及び部分断面図、第７Ｆ図は第７実施例の他の変形例を
示す部分斜視図、第８Ａ図及び第８Ｂ図はそれぞれ第８
実施例に係る微動走査機構の部分斜視図及び部分断面図
、第８Ｃ図及び第８Ｄ図はそれぞれ第８実施例を動作さ
せるための電気回路を示すブロック図、第８Ｅ図及び第
８Ｆ図はそれぞれ第８実施例の変形例を示す部分斜視図
及び部分断面図、第９Ａ図ないし第９Ｅ図はそれぞれ従
来の微動走査機構を示す図である。 図において、（１００）は円筒型圧電素子、（１１０）
及び（１１１）は第１の探針、（１２０）は第１の探針
取り付け部、（Ｚｏｏ）は変位用バイモルフ型圧電素子
、（２２０）は変位用バイモルフ型圧電素子取り付け部
、（３００）はカンチ・レバー、（３２０）はカンチ・
レバー取り付け部、（４１０）は第２の探針、（４２０
）は第２の探針取り付け部、（５０Ｇ＞は試料台、（７
２０）、（）２１）及び（）２２）は第１探針・バイモ
ルフ取り付け部、（８１０）は第３の探針、（９００）
は保持用圧電素子、（９３Ｇ）及び（９５０）は微調節
用圧電素子である。 なお図面中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒型圧電素子と、 前記円筒型圧電素子の三次元変位側端部に取り付けられ
   た第１の探針取り付け部と、 前記第１の探針取り付け部に装着された第１の探針と、 前記円筒型圧電素子の三次元変位側端部に取り付けられ
   た変位用バイモルフ型圧電素子取り付け部と、 前記変位用バイモルフ型圧電素子取り付け部に取り付け
   られた変位用バイモルフ型圧電素子と、前記変位用バイ
   モルフ型圧電素子の一次元変位側端部に取り付けられた
   カンチ・レバー取り付け部と、 前記カンチ・レバー取り付け部に取り付けられたカンチ
   ・レバーと、 前記カンチ・レバーの撓み変位側端部に取り付けられた
   第２の探針取り付け部と、 前記第２の探針取り付け部に装着された第２の探針と、 前記第２の探針に対向するように配置された静止した試
   料台と を備えたことを特徴とする原子間力顕微鏡の微動走査機
   構。
2. （２）前記第１の探針取り付け部と前記変位用バイモル
   フ型圧電素子取り付け部とが同一の連続物体からなる第
   １探針・バイモルフ取り付け部で形成された請求項１記
   載の微動走査機構。
3. （３）前記第１探針・バイモルフ取り付け部は、ほぼ円
   形の固定部とこれに連結された第１探針保持部とを有し
   、前記固定部の周縁部が前記円筒型圧電素子の三次元変
   位側端部の周縁部に固定された請求項２記載の微動走査
   機構。
4. （４）前記第１探針・バイモルフ取り付け部は、橋梁形
   状の固定部とこれに連結された第１探針保持部とを有し
   、前記固定部は前記円筒型圧電素子の円筒軸を通り且つ
   前記円筒型圧電素子の三次元変位側端部の周縁部の２箇
   所を橋渡しするように固定された請求項２記載の微動走
   査機構。
5. （５）さらに、前記第１の探針及び前記第２の探針より
   も前記円筒型圧電素子の円筒軸から離れて前記第１探針
   ・バイモルフ取り付け部に装着された第３の探針を備え
   た請求項２記載の微動走査機構。
6. （６）前記第１の探針取り付け部は、前記第１の探針と
   同軸上に設けられた雌ネジ部分と、前記雌ネジ部分に螺
   合された雄ネジとを有する請求項１記載の微動走査機構
   。
7. （７）さらに、前記変位用バイモルフ型圧電素子の一次
   元変位側端部を機械的に固定・保持するための保持用圧
   電素子を備えた請求項１記載の微動走査機構。
8. （８）さらに、前記変位用バイモルフ型圧電素子の一次
   元変位側端部と前記カンチ・レバー取り付け部との間に
   介在され且つ前記変位用バイモルフ型圧電素子の一次元
   変位側端部と前記カンチ・レバー取り付け部との相対的
   な位置関係を微調節するための微調節用圧電素子を備え
   た請求項１記載の微動走査機構。
9. （９）前記微調節用圧電素子は少なくとも二つの電極を
   有し、一方の電極に前記変位用バイモルフ型圧電素子の
   一電極が電気的且つ機械的に結合され、他方の電極に前
   記カンチ・レバー取り付け部が設けられた請求項８記載
   の微動走査機構。