JPH09113520A - 可動部の支持装置及びその支持方法、並びに原子間力顕微と走査型トンネル顕微鏡との動作を兼ねた複合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、被支持物の可動部を支持手段によっ
て大きな力を与えずその支持位置で固定するようにした
可動部の支持装置及びその支持方法、並びにその可動部
の支持手段を適用した原子間力顕微と走査型トンネル顕
微鏡との動作を兼ねた複合装置を提供することを目的と
するものである。 【構成】本発明は上記目的を達成するために、被支持物
の可動部とそれを支持する支持手段との距離の制御を、
前記被支持物と前記支持手段との間に流れるトンネル電
流により行うようにして、前記被支持物の可動部を前記
支持手段によって大きな力を与えずその支持位置で固定
するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、可動部の支持装置及
びその支持方法、並びにその可動部の支持手段を適用し
た原子間力顕微と走査型トンネル顕微鏡との動作を兼ね
た複合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体の動きを抑制するために、従来から
その物体に対して剛体からなる支持手段とを接触させる
ことにより支持するという方法がきわめて一般的に用い
られる。初期状態においてこの被支持物が支持されてい
ない状態から、支持手段により支持しようとする場合
は、両者を接近させ、両者を接触させる。これにより支
持手段により被支持物が支持される。近年、微細加工技
術、微細領域観察技術が急速に発展してきており、この
ような固定技術がきわめて重要になってきている。例え
ば、走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭという）〔Ｇ．
Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖ
ｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第４９巻５７頁（１９８
２）〕や、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭという）［Ｇ．
Ｂｉｎｎｉｇｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖ
ｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第５６巻９３０頁（１９８
６）〕等の走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭという）
等により実空間で原子レベルの観察が可能になってき
た。これらのＳＰＭの技術を用いた応用技術も発達し、
例えば原子間力顕微鏡においてプローブの先端を導電性
とし、試料との間に電圧を印加させながら試料表面を通
常のＡＦＭの動作により走査させながら流れる電流をモ
ニタすることにより、試料の表面の形状と電気的性質を
同時に測定する技術が特開平３−２７７９０３号公報に
開示されている。ところがこれによると、ＡＦＭ動作で
得られる情報と、走査型トンネル顕微鏡で得られる情報
が必ずしも一致しない場合が生じるという問題があっ
た。このような状況をふまえ、特開平５−２３１８５９
号公報には原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭという）のカン
チレバーを吸着機構により固定し、一つのＡＦＭカンチ
レバーで、ＡＦＭの動作と走査型トンネル顕微鏡（以下
ＳＴＭという）の動作を行う技術が開示されている。ま
た、Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓ
ｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｓ（１９９３年、横
浜）においてＪ．Ｂ．Ｓａｍｐｓｐｅ１１らにより微細
な可動ミラーを並べ光を反射させて高解像度のディスプ
レーを作成する技術が開示されている。この技術は可動
ミラーを動かすことにより光軸を変化させることにより
ディスプレーを形成するというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
は、可動部に大きな力をかけることなく確実に固定する
という点において満足なものがなく、その改善が望まれ
ていた。例えば、前述の特開平５−２３１８５９号公報
に開示されたＳＴＭ動作が可能なＡＦＭ装置では、カン
チレバーを固定するのにカンチレバーを電磁力により吸
着させるとい方法を用いている。しかし、この方法によ
ればカンチレバーを吸着させるときにカンチレバーに取
り付けたプローブの先端の位置が微細に移動してしま
う。そのため、ＡＦＭ動作で観察を行った後、カンチレ
バーを固定してＳＴＭ動作させてもその像を取得する位
置は必ずしも同じではなくなってしまう危険性があっ
た。すなわちカンチレバーの位置を動かすことなくカン
チレバーを固定する技術が必要となっている。また、前
述のＪ．Ｂ．Ｓａｍｐｓｐｅｌｌらの可動ミラーの技術
の場合、ミラーがしっかりと固定されていない場合、振
動により像が乱れてしまうという危険があった。しかも
その固定の際にはミラーの位置が所定の位置よりずれて
しまうと像に影響が出てしまう。すなわち、振動に対す
るために、ミラ―の位置を動かすことなくミラーを固定
する技術が必要となってくる。

【０００４】そこで、本発明は、上記した問題を解決
し、被支持物の可動部を支持手段によって大きな力を与
えずその支持位置で固定するようにした可動部の支持装
置及びその支持方法、並びにその可動部の支持手段を適
用した原子間力顕微と走査型トンネル顕微鏡との動作を
兼ねた複合装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、被支持物の可動部とそれを支持する支持
手段との距離の制御を、前記被支持物と前記支持手段と
の間に流れるトンネル電流により行うようにして、前記
被支持物の可動部を前記支持手段によって大きな力を与
えずその支持位置で確実に固定するようにしたものであ
る。本発明において、前記支持手段は剛体で構成でき、
被支持物に接触させてその動きを制限するものであれ
ば、被支持物の片側乃至は両側に例えば前記被支持物の
可動部を介し相対して複数配置することができる。ま
た、本発明の可動部の支持方法は、前記被支持物と前記
支持手段との距離の制御を前記被支持物と前記支持手段
との間に流れるトンネル電流を用いて、前記被支持物と
前記支持手段とが非接触の状態から前記支持手段を移動
させて前記被支持物と前記支持物とを接触させた後、前
記支持物の移動を停止し、前記被支持物の可動部を固定
するようにしたことを特徴とする。この支持手段を、前
記被支持物の可動部を介し相対して配置した場合には、
前記支持手段と前記可動部の間に流れる電流値が同じと
なるように制御を行いながらこれらの支持手段を可動部
に接近させ固定することができる。さらに、本発明にお
いてはこの可動部の支持手段を原子間力顕微と走査型ト
ンネル顕微鏡との動作を兼ねた複合装置に適用すること
により、前記弾性部材により支持されたプローブの位置
の固定を、前記プローブの弾性部材とそれを支持する支
持手段との間に流れるトンネル電流を用いて、前記弾性
部材と前記支持手段とが非接触の状態から前記支持手段
を移動させて前記弾性部材と前記支持物とを接触させた
後、前記支持物の移動を停止し、前記プローブを固定す
るように構成し、原子間力による観察を行った後、同じ
領域を走査型トンネル顕微鏡によって観察することがで
きる複合装置を実現したものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、以上のように被支持物
の可動部とそれを支持する支持手段との距離の制御を、
前記被支持物と前記支持手段との間に流れるトンネル電
流により行うことにより、被支持物の可動部を支持手段
によって大きな力を与えずその支持位置で固定すること
ができるものである。この点をさらに具体的に説明する
と、本発明においては被支持物および支持手段が接触す
る領域はともに導電性である必要がある。被支持物また
は／および支持物の接触領域が導電性を持たない場合は
例えば金属の蒸着などによりあらかじめ導電性を確保す
る。被支持物および支持手段において両者が接触する領
域は電源に接続されており両者には電位差が与えられて
いる。またこのとき流れる電流はモニタされる。このモ
ニタする電流は両者に流れる電流がトンネル電流でも検
出できる程度の感度、より具体的にはｐＡ〜ｎＡの電流
が検出できるものでなければならない。一般に距離ｄだ
け離れた金属間に流れるトンネル電流Ｊｔは Ｊｔ＝ａ×ｅｘｐ［−ｂ×ｄ］ で表され、その大きさは距離ｄの変化に対して指数関数
的に変化する。したがって、この電流をモニタしながら
物体を接近させると、距離制御をより厳密に行うことが
できる。被支持物に支持手段を接近させるときは両者が
接触する領域に電位差を与え、両者にトンネル電流が流
れた段階で接近を停止させ、支持手段の動きを止める。
このとき両者に流れるトンネル電流値をあらかじめ設定
しておき、その設定値で接近を停止するようにしてもよ
い。このトンネル電流値の設定は、支持手段が被支持物
に接近するときに被支持物に与える力の大きさと接近終
了後の両者の間隙を設定することに対応する。すなわ
ち、トンネル電流値を大きく設定すると支持手段は被支
持物により近く接近し、このとき与える力は大きくなる
が、接近動作終了時の間隙の大きさは小さくなる。ま
た、前記支持手段が可動部を介して相対して例えば２つ
配置された場合について説明すると、この被支持物の可
動部と前記２つの支持手段との間に流れる電流値に基づ
き制御を行いながら前記２つの支持手段を接近させるこ
とにより被支持物の移動量がより少ない状態で被支持物
の動きを制限することが可能となる。この場合、２つの
支持手段は被支持物を挟むように相対向して配置され
る。２つの支持手段において、各支持手段が独立に被支
持物に接近したときに、各支持手段と被支持物に流れる
トンネル電流の大きさと、各支持手段と被支持物に流れ
る力の大きさをあらかじめ測定しておく。被支持物に対
してまず、２つの支持手段を接近させる。接近させる向
きは互いに反対向きで、通常は被支持物を挟み込むよう
に接近させる。２つの支持手段が被支持物に十分接近
し、各々の支持手段と被支持物との間にトンネル電流が
流れるようになると、片方の支持手段と被支持物の間に
働く力と、もう片方の支持手段と被支持物との間に働く
力が同じになるように接近させる。そのためにあらかじ
め測定したトンネル電流と力の大きさの関係に基づき、
２つの力が同じになるトンネル電流となるように制御を
行いながら接近動作を行う。また、支持手段の先端形状
がほぼ等しければ、支持手段と非支持物との間に流れる
トンネル電流の大きさと力の関係はそれほど大きくは異
ならなず、その場合２つの支持手段と被支持物との間に
流れる電流の大きさが共に等しくなるように制御を行っ
ても、おおよそ上記目的は達成される。この場合、あら
かじめトンネル電流と力の大きさの関係を求めておくと
いうことが必要なく、簡便に動作を行うことが可能とな
る。

【０００７】また、本発明においては上記可動部の支持
手段を、原子間力顕微と走査型トンネル顕微鏡との動作
を兼ねた複合装置に適用することにより、原子間力によ
る観察を行った後、弾性部材の可動部を上記した可動部
の支持手段によって固体することにより同じ領域を走査
型トンネル顕微鏡によって観察することが可能な複合装
置を実現することができる。すなわち、導電性プローブ
は弾性体に支持されているものであり、この弾性体とし
ては通常の原子間力顕微鏡で用いられるカンチレバーな
どがある。本原子間力顕微鏡はプローブ先端と試料表面
との間に働く力が弾性体に加わり、その際生じる弾性体
の変位量を力検出手段により検出する。この検出される
力が一定になるように移動手段を試料表面に垂直な方向
に制御しながら、移動手段がプローブ先端を試料平面方
向に２次元走査する。このとき、その制御信号から試料
表面の形状を観察するという通常の原子間力顕微鏡像を
得ることが可能である。本原子間力顕微鏡においては原
子間力顕徴鏡像を得た後、プローブを試料に接触したま
ま、支持手段を前記弾性体に接近させる。このとき前記
弾性体と前記支持手段との間に流れるトンネル電流を観
測し、その流れる電流が規定値になったところで接近動
作を停止する。このようにして前記弾性体を固定した
後、走査型トンネル顕微鏡としての動作をつぎのように
開始する。前記プローブと前記試料との間に電圧印加手
段により電圧を印加し、そのとき試料とプローブとの間
に流れる電流を電流検出手段により検出し、この電流検
出手段により検出される電流が一定になるように前記プ
ローブと前記試料の距離を前記移動手段を試料表面に垂
直な方向に制御しながら、移動手段がプローブ先端を試
料平面方向に２次元走査する。このとき、その制御信号
から試料表面の走査型トンネル顕微鏡像を得ることがで
きる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。 ［実施例１］図１に本発明の実施例１を示す。本実施例
では片側が固定された片持ち梁状の板バネの支持されて
いない側の動きを制限するものである。図１において、
板バネ１０１は厚さ２ミクロン、長さが３００ミクロ
ン、幅が１００ミクロンでＳｉＯ₂でできている。片側
は板バネ支持部材１０２と固定されており、反対側の端
は自由端となっている。この板バネ１０１は本実施例に
おいて図示ｚ方向下側への動きを制限しようとするもの
である。また表面はＰｔがスパッタ法によりコートされ
ており導電性を確保してある。この導電性を有している
表面は電源１０４と電気的に接続されている。支持棒１
０３はＩｒとＰｔの合金であり、先端が板バネ１０１と
接することにより板バネ１０１を固定する。支持棒１０
３は駆動機構１０７により図示ｚ方向に移動される。ま
た支持棒１０３は電気的に電流アンプ１０５に接続され
て、板バネ１０１と支持棒１０３に流れる電流が計測で
きるようになっている。電流アンプ１０５の出力はマイ
クロコンピュータ１０８とサーボ回路１０６に送られ、
サーボ回路１０６は送られてきた電流値とあらかじめ設
定された値とを比較して制御信号を駆動機構１０７に送
る。駆動機構１０７はステッピングモータによる粗動機
構とピエゾ素子による微動機構から構成されており、支
持棒１０３を図示ｚ方向に移動させる。マイクロコンピ
ュータ１０８は全体の動きを制御するものである。

【０００９】板バネ１０１の動きを制限する実際の動作
は以下のようにして実行される。まず、マイクロコンピ
ュータの指令に基づき電源１０４により板バネ１０１に
数ｍＶから数Ｖ程度の電圧が印加される。また、マイク
ロコンピュータ１０８は支持棒１０３と板バネ１０１と
の間の距離を設定電流値として定め、サーボ回路１０６
にその値を送る。この設定電流値は流れる電流値がトン
ネル電流となるように設定する。この状態でマイクロコ
ンピュータ１０８は駆動機構１０７に指令してピエゾ素
子の動作を開始して支持棒１０３を板バネ１０１に接近
させる動作を開始する。このとき板バネ１０１と支持棒
１０３の間に流れる電流値が規定値以下の場合はサーボ
回路１０６の制御により接近動作を続ける。ピエゾ素子
が動作範囲限界まで動作しても、支持棒１０３と板バネ
１０１の間に規定の電流が流れなかった場合はピエゾ素
子を逆に動作させ支持棒１０３を板バネ１０１から遠ざ
ける。次にピエゾ素子が動作した分だけ支持棒１０３と
板バネ１０１が接近するようにステッピングモータを動
作させる。次にピエゾ素子による接近動作を開始する。
板バネ１０１と支持棒１０３の間に流れる電流が規定値
に達するとサーボ回路１０６の働きにより、接近動作が
終了し、その後はこの支持棒１０３の位置は固定され
る。この一連の動作が終了した後は、板バネ１０１は図
示ｚ方向下向きに動こうとしても支持棒１０３の存在に
より動きが制限される。実際にはあらかじめ設定された
トンネル電流値によりきまる板バネ１０１と支持棒１０
３の距離程度に動きが制限される。設定トンネル電流値
を小さくすることにより支持棒１０３と板バネ１０１の
間の距離を短くすることができるが、動作終了までに支
持棒１０３と板バネ１０１の間に働く力が大きくなる。
また設定トンネル電流を小さくすることにより動作終了
までに支持棒１０３と板バネ１０４の間に働く力を小さ
くすることが可能となるが、動作終了後の支持棒１０３
と板バネ１０１の間の距離が大きくなる。この点をふま
えて、状況に応じて設定電流値を定めるとよい。以上の
動作により板バネ１０１に大きな力を加えることなく、
板バネ１０１の動きを制限することができた。

【００１０】［実施例２］図２に本発明の実施例２を示
す。本実施例では片側が固定された片持ち梁状の板バネ
の支持されていない側を固定するものである。図２にお
いて、板バネ２０１、板バネ支持部材２０２は実施例１
で用いた板バネｌ０１、板バネ支持部材１０２と同様の
ものであり、板バネ２０１は本実施例において動きを固
定しようとするものである。また、電源２０５は電源１
０４と同様に板バネ２０１に電圧を印加するものであ
る。支持棒２０３および支持棒２０４は実施例１におけ
る支持棒１０３と同様な材質で板バネ２０１を固定する
ものである。支持棒２０３および支持棒２０４はそれぞ
れ駆動機構２１０、駆動機構２１１により図示ｚ方向に
移動する。電流アンプ２０６、電流アンプ２０７は板バ
ネ２０１と支持棒２０３、板バネ２０１と支持棒２０４
の間に流れる電流を検出するものである。電流アンプ２
０６で計測された電流値はサーボ回路２０８とマイクロ
コンピュータ２１２に、また電流アンプ２０７で計測さ
れた電流値はサーボ回路２０９とマイクロコンピュータ
２１２に送られる。サーボ回路２０８は電流アンプ２０
６から送られてきた電流値とあらかじめ設定された値と
を比較して制御信号を駆動機構２１０に送る。またサー
ボ回路２０９は電流アンプ２０７から送られてきた電流
値とあらかじめ設定された電流値とを比較して制御信号
を駆動機構２１１に送る。駆動機構２１０及び駆動機構
２１１はステッピングモータによる粗動機構とピエゾ素
子による微動機構から構成されており、支持棒２０３及
び支持棒２０４を図示ｚ方向に移動させる。マイクロコ
ンピュータ２１２は全体の動きを制御するものである。
板バネ２０１を固定する動作は以下のようにして実行さ
れる。まず、マイクロコンピュータ２１２の指令に基づ
き電源２０５により板バネ２０１に数ｍＶから数Ｖ程度
の電圧が印加される。また、マイクロコンピュータ２１
２は支持棒２０３と板バネ２０１との間及び支持棒２０
４と板バネ２０１との間の距離を設定電流値として定
め、サーボ回路２０８及びサーボ回路２０９にその値を
送る。この設定電流値は流れる電流値がトンネル電流と
なるように設定する。この状態でマイクロコンピュータ
２１２は駆動機構２１０に指令してピエゾ素子の動作を
開始して支持棒２０３を板バネ２０１に接近させる動作
を開始する。このとき板バネ２０１と支持棒２０３の間
に流れる電流値が規定値以下の場合はサーボ回路２０８
の制御により接近動作を続ける。ピエゾ素子が動作範囲
限界まで動作しても、支持棒２０３と板バネ２０１の間
に規定の電流が流れなかった場合はピエゾ素子を逆に動
作させ支持棒２０３を板バネ２０１から遠ざける。次に
ピエゾ素子が動作した分だけ支持棒２０３と板バネ２０
１が接近するようにステッピングモータを動作させる。
次にピエゾ素子による接近動作を開始する。板バネ２０
１と支持棒２０３の間に流れる電流が規定値に達すると
サーボ回路２０８の働きにより、接近動作が終了し、そ
の後はこの支持棒２０３の位置は固定される。これらの
動作と同時にマイクロコンピュータ２１２は駆動機構２
１１に指令してピエゾ素子の動作を開始して支持棒２０
４を板バネ２０１に接近させる動作を開始する。電流ア
ンプ２０７、サーボ回路２０９、駆動機構２１１は電流
アンプ２０６、サーボ回路２０８、駆動機構２１０と同
様な動作により支持棒２０４と板バネ２０１を接近さ
せ、その後動きを固定する。この一連の動作が終了した
後は、板バネ２０１は支持棒２０３及び支持棒２０４に
より挟み込まれており、固定されている。

【００１１】［実施例３］図３に本発明の実施例３を示
す。本実施例に用いる装置は実施例２で用いた装置から
サーボ回路２０８とサーボ回路２０９を除去し、新たな
サーボ回路３０１を付加したものである。図３におい
て、サーボ回路３０１は電流アンプ２０６及び電流アン
プ２０７の値を比較して両者の値が同じになるように駆
動機構２１０、駆動機構２１１を制御するものである。
本実施例による板バネ２０１を固定する動作は以下のよ
うにして実行される。まず、マイクロコンピュータ２１
２の指令に基づき電源２０５により板バネ２０１に数ｍ
Ｖから数Ｖ程度の電圧が印加される。また、マイクロコ
ンピュータ２１２は支持棒２０３と板バネ２０１との間
及び支持棒２０４と板バネ２０１との間の距離を投定電
流値として定め、サーボ回路３０１にその値を送る。こ
の設定電流値は流れる電流値は支持棒２０４及び支持棒
２０４が板バネ２０１から十分離れているように設定す
る。この状態で実施例２に示した動作と同様に、マイク
ロコンピュータ２１２は駆動機構２１０、駆動機構２１
１に指令してピエゾ素子の動作を開始して支持棒２０３
及び支持棒２０４を板バネ２０１に接近させる動作を開
始する。板バネ２０１と支持棒２０３及び板バネ２０１
と支持棒２０４との間に流れる電流が共に設定値となる
とマイクロコンピュータ２１２の指令によりサーボ回路
３０１により大きな新たな設定電流値が送られる。サー
ボ回路２０８は電流アンプ２０６と電流アンプ２０７の
出力が同じになるように制御しながら駆動機構２１０お
よび駆動機構２１１を制御して支持棒２０３及び支持棒
２０４を板バネ２０１に接近させ、新たな設定電流値に
なったところで接近動作を停止させ固定する。この一連
の動作が終了した後は、板バネ２０１は支持棒２０３及
び支持棒２０４により挟み込まれており、固定されてい
る。しかも本実施例では、接近動作中も支持棒２０３と
板バネ２０１の距離、支持棒２０４と板バネ２０１との
距離はほぼ同じで、支持棒２０３と板バネ２０１との間
に働く力及び支持棒２０４と板バネ２０１との間に働く
力がほぼ等しい状態で接近させることができるため、接
近にともなう板バネ２０１の動きも少なく、また最終的
な位置もより接近させることが可能である。

【００１２】［実施例４］図４に本発明の実施例４によ
るＡＦＭ／ＳＴＭ装置を示す。図４において、カンチレ
バー４０２はバネ定数が例えば０．ｌＮ／ｍ程度の板バ
ネ状のもので、一般のＡＦＭで用いられるものである。
このカンチレバー４０２の先端に試料４０３に接触させ
るプローブ４０１が形成されている。プローブ４０１は
スパッタ法によりＰｔがコートされて導電性を有してお
り電流アンプ４０５に接続されている。電源４０４は試
料４０３に接続され、試料４０３とプローブ４０１に観
察のために必要な電圧を印加する。カンチレバー４０２
の試料の反対側にはレーザ４０６によりレーザ光が照射
されており、カンチレバー４０２で反射されたレーザ光
が２分割センサ４０８に入射する。たわみ量検出装置４
０９は２分割センサ４０８の出力からカンチレバー４０
２のたわみを検出する。この方式は通常光てこ方式と呼
ばれている方式である。プロープ４０１を挟み込むよう
に支持装置４１６と支持装置４１７がある。

【００１３】図５にカンチレバー４０２周辺の拡大図を
示す。支持装置４１６はピエゾ５０１、ピエゾ５０２に
支持されており、図示Ｚ方向に移動できる。この支持装
置４１６はカンチレバー４０２を上方から接近させ抑え
るものである。また支持装置４１７はピエゾ５０３、ビ
エゾ５０４に支持されており、図示Ｚ方向に移動でき
る。この支持装置４１７はカンチレバー４０２を下方か
ら接近させ抑えるものである。支持装置４１６および支
持装置４１７はプローブ４０１と接近したときに電流が
流れるように表面が導電性となっている。この導電性部
分は電流アンプ５０５、電流アンプ５０６に接続されて
おり、プローブ４０１と支持装置４１６、及びプローブ
４０１と支持装置４１７との間に流れる電流を測定する
ことができる。サーボ回路５０７は電流アンプ５０５と
電流アンプ５０６の値が等しくなるように、またその電
流値が次第に大きくなるようにピエゾ５０１、ピエゾ５
０２、ピエゾ５０３、ピエゾ５０４を制御する。

【００１４】本実施例に示すＡＦＭ／ＳＴＭ装置は、以
下に示す動作によりＡＦＭ装置として試料を観察し、ま
たＳＴＭ装置として観察することができる。まず、マイ
クロコンピュータ４１５の指令によりサーボ回路５０７
が信号を発生させ、ピエゾ５０１、ピエゾ５０２を縮
め、またピエゾ５０３、ピエゾ５０４を延ばし、支持装
置４１６及び支持装置４１７をプローブ４０１から十分
離しておく。この状態でマイクロコンピュータ４１５の
指令によりＸ−Ｙ方向位置制御回路４１２が制御信号を
発生し、試料ステージ駆動機構４１３を駆動して、プロ
ーブ４０１先端の図示Ｘ−Ｙ方向の位置を、観察しよう
とする位置に移動させる。次にマイクロコンピュータ４
１５の信号に基づきＺ方向位置制御回路４１１は試料ス
テージ駆動機構４１３を駆動させ、試料ステージ４１４
を動かすことによりプローブ４０１と試料４０３を接近
させる。プローブ４０１と試料４０３の接触はたわみ量
検出装置４０９の出力変化で検出される。試料４０３と
プロープ４０１の接触が検出されるとマイクロコンピュ
ータ４１５は試料４０３とプローブ４０１の保持すべき
位置をカンチレバー４０２のたわみ量として規定しその
信号をサーボ回路４１０に送る。サーボ回路４１０は、
たわみ量検出装置４０９の出力がこの規定値になるよう
にＺ方向位置制御回路４１１に信号を送る。Ｚ方向位置
制御回路４１１はその信号に基づき試料ステージ駆動機
構４１３をＺ方向に駆動する制御信号を発生する。この
ときのＺ方向の制御信号はマイクロコンピュータ４１５
に送られる。この状態でマイクロコンピュータ４１５が
Ｘ−Ｙ方向位置制御回路４１２に指令を出し、Ｘ−Ｙ方
向位置制御回路４１２はその指令に基づき、試料ステー
ジ駆動機構４１３を図示Ｘ−Ｙ方向に走査させる。この
一連の動作により、プローブ４０１は試料４０３表面を
走査するが、このときマイクロコンピュータ４１５はＸ
−Ｙ方向の制御信号、Ｚ方向の制御信号から試料表面の
形状を算出する。この像を以下ＡＦＭ像という。ここま
での動作は通常のＡＦＭの動作である。また、プローブ
４０１と試料４０３が接触した後、Ｚ方向の位置を固定
して、Ｘ−Ｙ方向の走査を行い、そのときのたわみ量検
出装置４０９の出力から表面形状を算出する方法など他
のＡＦＭ像を得る手段でもよい。また、本実施例のＡＦ
Ｍ／ＳＴＭには以下の方法により、ＡＦＭ像を取得する
ときに同時に電流に関する情報を得ることができる。そ
のためには、上記方法によりＡＦＭ像を取得する最中
に、試料４０３に電源２０４により電圧を印加し、プロ
ーブ４０１から流れる電流を電流アンプ４０５が検出す
る。この電流値はマイクロコンピュータ４１５に送ら
れ、マイクロコンピュータ４１５が前述のＡＦＭの像と
併せて電流値を画像化することにより試料４０３の表面
形状と電流の流れ方を同時に画像化することができる。
以下電流の像を電流像といい、またＡＦＭ像と電流像を
同時取得した像を同時像という。

【００１５】上記のようにして、ＡＦＭ像、または同時
像を取得したのち、以下のようにして支持装置４１６、
支持装置４１７の接近動作を開始する。まず、ＡＦＭ像
または同時像を取得した直後、マイクロコンピュータ４
１５の指令に基づき、電源４０４によりカンチレバー４
０２に電圧を印加する。また、マイクロコンピュータ４
１５は支持装置４１６とカンチレバー４０２との間及び
支持装置４１７とカンチレバー４０２との間の距離を設
定電流値として定め、サーボ回路５０７にその値を送
る。この設定電流値の流れる電流値は流れる電流がトン
ネル電流になるように設定され、かつ支持装置４１６及
び支持装置４１７がカンチレバー４０２から十分離れて
いるように設定する。この状態でマイクロコンピュータ
４１５はサーボ回路５０７の動作を開始する。サーボ回
路５０７の動作により、ピエゾ５０１、ピエゾ５０２が
伸びる動作を開始し、またピエゾ５０３、ピエゾ５０４
が縮む動作を開始して、支持装置４１６と支持装置４１
７がカンチレバー４０２に接近する動作を開始する。カ
ンチレバー４０２と支持装置４１６及びカンチレバー４
０２と支持装置４１７との間に流れる電流が共に設定値
となるとマイクロコンピュータ４１５の指令によりサー
ボ回路５０７により大きな新たな設定電流値が送られ
る。この新たな設定電流に基き、再びサーボ回路５０７
が動作しピエゾ５０１、ピエゾ５０２、ピエゾ５０３、
ピエゾ５０４が動作して、支持装置４１６、支持装置４
１７がカンチレバー４０２にさらに接近する。この動作
を繰り返し、支持装置４１６と支持装置４１７がカンチ
レバー４０２に十分接近したところで、この一連の動作
を中止し、支持装置４１６、支持装置４１７の動きを固
定する。この状態でカンチレバー４０２は支持装置４１
６及び支持装置４１７により挟み込まれており、固定さ
れている。また、支持装置４１６、支持装置４１７とカ
ンチレバー４０２が十分に接近したかどうかの判断は両
者に流れる電流の大きさで判断できる。すなわち、マイ
クロコンピュータ４１５はあらかじめ、支持装置４１６
とカンチレバー４０２に流れる電流値を定めておき、サ
ーボ回路５０７に送る設定電流値はこのあらかじめ定め
られて電流値になるまで大きくし、このあらかじめ定め
られて電流値に達したところで支持装置４１６の接近動
作を終了させる。支持装置４１７も同様な動作を行う。
しかもこの固定を行う過程においてカンチレバー４０２
が大きく動くことがなく、プローブ４０１が大きく動く
ことが抑制される。このようにカンチレバー４０２が固
定された後、電源４０４により試料４０３にＳＴＭ観察
用の電圧を印加する。この状態でマイクロコンピュータ
４１５は試料４０３とプローブ４０１との間に流れるト
ンネル電流を規定しサーボ回路４１０に送る。サーボ回
路４１０は、電流アンプ４０５の出力がこの規定値にな
るようにＺ方向位置制御回路４１１に信号を送る。Ｚ方
向位置制御回路４１１はその信号に基づき試料ステージ
駆動機構４１３をＺ方向に駆動する制御信号を発生す
る。このときのＺ方向の制御信号はマイクロコンピュー
タ４１５に送られる。この状態でマイクロコンピュータ
４１５がＸ−Ｙ方向位置制御回路４１２に指令を出し、
Ｘ−Ｙ方向位置制御回路４１２はその指令に基づき、試
料ステージ駆動機構４１３を図示Ｘ−Ｙ方向に走査させ
る。この一連の動作により、プローブ４０１は試料４０
３表面を走査するが、このときマイクロコンピュータ４
１５はＸ−Ｙ方向の制御信号、Ｚ方向の制御信号から試
料表面の形状を算出しディスプレィ２１６に表示する。
この動作により、通常のＳＴＭ像を得ることができる。
このＳＴＭ像は、カンチレバー４１６を固定する際、プ
ローブ４０１の動きがほとんどないので、ＡＦＭ像、ま
たは同時像と同じ位置の像を得ることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、以上のように被支持物の可動
部とそれを支持する支持手段との距離の制御を、この被
支持物と支持手段との間に流れるトンネル電流により行
うことにより、被支持物の可動部を支持手段によって大
きな力を与えずその支持位置で確実に固定することがで
きる。また、本発明においては上記可動部の支持手段
を、原子間力顕微と走査型トンネル顕微鏡との動作を兼
ねた複合装置に適用することにより、原子間力による観
察を行った後、弾性部材の可動部を上記した可動部の支
持手段によって確実に固定することができ、それにより
原子間力顕微鏡と同じ領域を走査型トンネル顕微鏡によ
って観察のできる複合装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例１を示す図である。

【図２】本発明による実施例２を示す図である。

【図３】本発明による実施例３を示す図である。

【図４】本発明による実施例４のＡＦＭ／ＳＴＭ装置を
示す図である。

【図５】本発明の実施例４におけるカンチレバー周辺を
示す拡大図である。

【符号の説明】

１０１、２０１ 板バネ １０２、２０２ 支持部材 １０３、２０３、２０４ 支持棒 １０４、２０５、４０４ 電源 １０５、２０６、２０７、４０５、５０５、５０６
電流アンプ １０６、２０８、２０９、３０１、４１０、５０７
サーボ回路 １０７、２１０、、２１１ 駆動機構 １０８、２１２、４１５ マイクロコンピュータ ４０１ プローブ ４０２ カンチレバー ４０３ 試料 ４０６ レーザー ４０７ レーザー用電源 ４０８ ２分割センサ ４０９ たわみ量検出装置 ４１１ Ｚ方向位置制御回路 ４１２ Ｘ−Ｙ方向位置制御回路 ４１３ 試料ステージ駆動機構 ４１４ 試料ステージ ４１６、４１７ 支持装置 ５０１、５０２、５０３、５０４ ピエゾ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被支持物の可動部を支持手段によって大
   きな力を与えずその支持位置で固定するようにした可動
   部の支持装置において、前記被支持物と前記支持手段と
   の距離の制御を前記被支持物と前記支持手段との間に流
   れるトンネル電流により行うようにしたことを特徴とす
   る可動部の支持装置。
2. 【請求項２】 前記支持手段が、前記被支持物の可動部
   を介し相対して配置されていることを特徴とする請求項
   １に記載の可動部の支持装置。
3. 【請求項３】 被支持物の可動部を支持手段によって大
   きな力を与えずその支持位置で固定するようにした可動
   部の支持方法において、前記被支持物と前記支持手段と
   の距離の制御を前記被支持物と前記支持手段との間に流
   れるトンネル電流を用いて、前記被支持物と前記支持手
   段とが非接触の状態から前記支持手段を移動させて前記
   被支持物と前記支持物とを接触させた後、前記支持物の
   移動を停止し、前記被支持物の可動部を固定するように
   したことを特徴とする可動部の支持方法。
4. 【請求項４】 前記支持手段を、前記被支持物の可動部
   を介し相対して配置し、該相対して配置された支持手段
   と可動部間に流れる電流値が同じとなるように制御を行
   いながらこれらの支持手段を可動部に接近させ固定する
   ようにしたことを特徴とする請求項３に記載の可動部の
   支持方法。
5. 【請求項５】弾性部材に支持されたプローブを有し、原
   子間力により試料表面を観察する原子間力顕微鏡とトン
   ルネ電流により試料表面を観察する走査型トンネル顕微
   鏡の動作とを兼ねた複合装置において、前記弾性部材に
   支持されたプローブの位置の固定を、前記弾性部材とプ
   ローブの位置を固定するための支持手段との間に流れる
   トンネル電流により行うようにした複合装置。