JPS6381745A - 走査型トンネル顕微鏡の探針走査機構 - 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） 本発明は、トンネル電流を利用して試料表面の凹凸を測
定する走査型トンネル顕微鏡に関するもので、特に、試
料表面との間に生ずるトンネル電流を検出する探針を、
Ｘ方向及びＹ方向に移動させるための探針走査機構に関
するものである。

（従来の技術） 最近、１層（ナノメートル）オーダーの極めて高い分解
能を有する顕微鏡として走査型トンネル顕微鏡が開発さ
れ、表面物理学の分野のみならず、精密加工、超電導、
医学、生物学などの広範囲な応用分野において注目を浴
びている。

この走査型トンネル顕微鏡というのは、トンネル電流を
利用したものである。先端を１ル璽（マイクロメートル
）程度に細く研摩したタングステン等の金属探針を、清
浄化したシリコン結晶等の試料表面にｌｎｍ程度にまで
近づけ、その探針と試料との間に数ミルポルトル数ボル
トのバイアス電圧を加えると、その間にはトンネル電流
が渣れる。このトンネル電流は、探針ど試料表面との間
の距離に大きく依存し、その距離に対して指数関数的に
変化する。したがって、探針を試料表面に沿って移動さ
せながら、−（ｏ　　　−９ トンネル電流値が一定（１０〜ＩＯアンペア程度）に保
たれるように探針の位置制御を行えば、その制御信号を
利用して試料表面の高さの変化を求めることができる。

そして、その探針を試料表面に沿ってＸ方向及びＹ方向
に２次元的に走査することにより、試料表面の３次元的
画像を得ることができる。

このような原理に基づく走査型トンネル顕微鏡によれば
、試料表面の凹凸を、垂直方向で０．０１ｎ層、水平方
向で０．２〜０．３ｎ層という非常に高い精度で測定す
ることができる。しかも、通常の電子顕微鏡のように、
試料表面が電子ビームによって影響を受けることもない
。

ところで、このような走査型トンネル顕微鏡においては
、探針な、ｘ、ｙ、ｚの３方向に極めて正確に移動させ
ることが必要となる。そこで、その移動には、一般に圧
電素子アクチュエータが用いられている。その圧電素子
アクチュエータは、数枚〜数十枚の圧電セラミックを積
層して並列接続したもので、外部から加えられる電圧に
比例して変形する。このような圧電素子を用いることに
より、１００ポルト程度の比較的低い電圧で数１１０１
Ｌの制御が可能となる。

従来は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３木の圧Ｍｌ素子を
三脚状に組み合わせ、その先端に探針を取り付けること
により、探針の位置を３次元的に制御するようにしてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、そのように３本の圧電素子をＭｌみ合わ
せたものでは、１本の圧電素子を伸縮させたとき、他の
２木の圧電素子もそれによって変形する。したがって、
探針の正確な位置制御が困難となる。

そこで、第５図に示されているように、６本のＸ方向の
圧電素子ｘ１〜ｘ６と６本のＹ方向の圧’［Ｊ子Ｙ１〜
Ｙ６とを格子状に組み合わせ、その中央にＺ方向の圧電
素子２０を介して探針を取り付けるとともに、その全体
を４木のＺ方向の圧電素子Ｚ１〜Ｚ４によって支持する
ようにすることが考えられている。

このような機構によれば、探針をＸ、Ｙ、Ｚのいずれの
方向にも独立して移動させることが可使となり、その位
置制御が容易となる。

ところで、このような圧電素子による探針走査機構を備
えた走査型トンネル顕微鏡においては、その走査領域が
限られている。そのために１例えば単原子層のステップ
そのものは観察することができるが、そのステップの配
列の構造までは観察することができない、一方、結晶学
の分野においては、単原子層のステップ構造がどのよう
に配列されているかということが非常に重要な意味を持
つものとされている。

このようなことから、走査型トンネル顕微鏡を走査型電
子顕微鏡とともに用い、電子顕微鏡によってステップの
配列を観察した後、同一試料の同一位置におけるステッ
プ構造をトンネル顕微鏡によって観察できるようにする
ことが望まれるようになってきている。

そのためには、走査型トンネル顕微鏡を走査型電子顕微
鏡の試料室内に収容できるようにする必要がある。しか
しながら、従来の走査型トンネル顕微鏡は、単独で用い
るものとされており、振動や温度変化等の熱的要因によ
る影響をできるだけ小さくするために、その探針走査機
構が大がかりなものとなっていた。そのために、電子顕
微鏡の試料室内に収めることはできなかった。

また、上述の第５図に示された機構のものでは、探針の
上方に多数の圧電素子が配設されるので、’を子ｍｍ鏡
の試料室内に設置したとじても、それらの圧電素子が障
害となり、探針の先端位置の試料面に電子ビームを照射
することも、試料から放出される二次電子を検出するこ
ともできなくなる。すなわち、走査型トンネル顕微鏡に
よって観察される場所を走査型電子顕微鏡によって観察
するということはできないものとなる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、同一試料の同一位置における像が、走
査型電子顕微鏡及び走査型トンネル顕微鏡の両者によっ
て容易に得られるようにすることである。

また、本発明の他の目的は、小形で、しかも精度の高い
、走査型トンネル顕微鏡の探針走査機構を得ることであ
る。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明では、Ｘ方向に伸縮
する第１のＸ方向圧電素子とＹ方向に伸縮する第１のＹ
方向圧電素子とを、矩形の４辺を形成するように組み合
わせ、そのＸ方向圧電素子によってＸ方向に移動される
Ｘ方向可動ブロックとＹ方向圧電素子によってＹ方向に
移動されるＹ方向可動ブロックとに、それぞれＺ方向に
伸縮する第１のＺ方向圧電素子及び第２のＺ方向圧電素
子を介してｘ−Ｚ方向可動ブロックとＹ−Ｚ方向可動ブ
ロックとを支持させるとともに、これらｘ−Ｚ方向可動
ブロック及びＹ−Ｚ方向可動ブロックに、それぞれ第２
のＹ方向圧電素子及び第２のＸ方向圧電素子により中央
ブロックを連結して、走査型トンネル顕微鏡の探針走査
機構を構成するようにしている。探針は、Ｚ方向に伸縮
するＭ御用圧電素子を介して中央プＣ！ツタに取り付け
られるようになっている。そして、第１及び第２のＸ方
向圧電素子、第１及び第２のＹ方向圧電素子、第１及び
第２のＺ方向圧電素子は、それぞれ同一条件で伸縮する
ようにされている。

（作用） このように構成することにより、第１及び第２のＺ方向
圧電素子を伸縮させれば、ｘ−Ｚ方向可動ブロック及び
Ｙ−Ｚ方向可動ブロックが同時にＺ方向に移動し、中央
ブロックもＺ方向に移動するので、探針がＺ方向に移動
する。したがって、所定のトンネル電流が生じるまで探
針を試料表面に近づけることができる。

その状態で、第１及び第２のＸ方向圧電素子を伸縮させ
れば、Ｘ方向可動ブロック及びＸ−Ｚ方向可動ブロック
とともに中央ブロックが同時に同量だけＸ方向に移動す
る。したがって、探針がＸ方向に移動する。このとき、
Ｙ方向圧電素子及びＺ方向圧電素子には何らの影響も及
ぼされない。

また、第１及び第２のＹ方向圧電素子を伸縮させれば、
同様にして探針がＹ方向に移動する。

このようにして、探針がｘ、ｙ、Ｚ方向に極めて正確に
移動されるようになる。

そこで、第１及び第２のＺ方向圧電素子を一定長に固定
したまま、探針をＸ方向及びＹ方向に移動させ、トンネ
ル電流が一定となるように制御用圧電素子を制御すれば
、そのときの制御電圧によって試料表面の凹凸を観察す
ることができる。

そして、このように圧電素子とブロックとによって探針
走査機構を構成することにより、全体を十分小形に形成
することができ、走査型電子顕微鏡の試料室内に収容す
ることができるようになる。しかも、探針の上方には十
分なスペースが形成されるので、探針の先端部分に位置
する試料表面を走査型電子顕微鏡によって観察すること
が可能となる。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図中、第１図は本発明による走査型トンネル顕微鏡の探
針走査機構の一実施例を示す斜視図であり、第２図及び
第３図はそれぞれその平面図及び縦断側面図である。

これらの図から明らかなように、探針走査機構１のベー
ス２は矩形状とされている。そして、その４間部には、
それぞれ固定ブロック３．４，５．６が固定されている
。Ｘ方向の辺をなす固定ブロック３，６間及び４．５間
には、Ｘ方向可動ブロック７．８がそれぞれＸ方向に移
動自在に設けられている。一方の可動ブロック７は、Ｘ
方向に伸縮する一対のＸ方向圧電素子ｘ１．ｘ２により
、両端の固定ブロック３．６にそれぞれ連結されている
。また、他方の可動ブロック８は、Ｘ方向に伸縮する一
対のＸ方向圧電素子ｘ３．ｘ４により、両端の固定ブロ
ック４．５にそれぞれ連結されている。

これらの圧電素子ｘ１〜ｘ４は、いずれも同一のものと
され、同一の大きさの電圧が加えられるようになってい
る。ただし、隣接する圧電素子ｘ１とｘ２　、ｘ３とＸ
４には、電圧が逆の極性で加えられるようになっている
。したがって、一方の圧電素子Ｘ、及びｘ３が伸長した
とき、他方の圧電素子ｘ２及びｘ４が同量だけ収縮する
。こうして、これらの圧電素子ｘ１〜Ｘ４によって可動
ブロック７．８が同時に同量だけＸ方向に移動されるよ
うになっている。すなわち、これらの圧電素子Ｘ、−ｘ
、によって、Ｘ方向可動ブロー２り７．８をＸ方向に移
動させる第１のＸ方向圧電素子が構成されている。

Ｘ方向に垂直なＹ方向の辺をなす固定ブロック３，４間
及び５，６間には、Ｙ方向可動ブロック９．１０がそれ
ぞれＹ方向に移動自在に設けられている。一方の可動ブ
ロック９は、Ｙ方向に伸縮する一対のＹ方向圧電素子Ｙ
１＋Ｙ２により、両端の固定ブロック３．４にそれぞれ
連結されている。また、他方の可動ブロック１０は、同
様なＹ方向圧電素子Ｙ３．Ｙ４により、両端の固定ブロ
ック６．５にそれぞれ連結されている。

これらの圧電素子Ｙ１〜Ｙ４も、すべて同一のものとさ
れ、隣接する圧電素子Ｙ１　とＹ２、Ｙ３とＹ４をそれ
ぞれ逆極性とするだけで、同一の大きさの電圧が加えら
れるようになっている。したがって、一方の圧′ｒＲ，
素子Ｙｌ及びＹ３が伸長したとき、他方の圧電素子Ｙ２
及びＹ４が同量だけ収縮する。こうして、これらの圧電
素子Ｙ１〜Ｙ４によって、Ｙ方向可動ブロック９．１０
を同時に同量だけＹ方向に移動させる第１のＹ方向圧′
ｉ１！素子が構成されている。

Ｘ方向可動ブロック７．８には、Ｘ方向及びＹ方向の両
方に垂直なＺ方向に伸縮する第１のＺ方向圧電素子Ｚ　
１　　＊　Ｚ　２がそれぞれ取り付けられている。また
、Ｙ方向可動ブロック９゜１０には、同じくＺ方向に伸
縮する第２のＺ方向圧電素子ｚ３．ｚ４がそれぞれ取り
付けられている。これらの圧電素子Ｚｔ−ｚ４は、いず
れも同一のものとされ、同一の電圧が加えられるように
なっている。したがって、これらの圧電素子Ｚｓ　〜Ｚ
４は、同一条件で、すなわち、同時に同量だけＺ方向に
伸縮するようにされている。

第１のＺ方向圧電素子Ｚ、、Ｚ、の端部には、それぞれ
ｘ−Ｚ方向可動ブロック１１゜１２が取り付けられてい
る。また、第２のＺ方向圧７！を素子Ｚ３＋Ｚａの端部
には、それぞれＹ−Ｚ方向可動ブロー２り１３，１４が
取り付けられている。したがって、これらｘ−Ｚ方向可
動ブロック１１．１２及びＹ−Ｚ方向可動ブロック１３
．１４は、それぞれＸ方向可動ブロック７．８及びＹ方
向可動ブロック９．１０によって支持されるとともに、
第１のＺ方向圧電素子Ｚ１　、Ｚ２及び第２のＺ方向圧
電素子ｚ３．ｚ４によって同一条件でＺ方向に移動され
るようになっている。

互いに対向するｘ−Ｚ方向可動ブロック１１．１２及び
Ｙ−Ｚ方向可動ブロック１３゜１４の中央部には、中央
ブロック１５が設けられている。この中央ブロック１５
は、Ｘ方向に伸縮する第２のＸ方向圧電素子ｘ５．ｘ、
によってＹ−Ｚ方向可動ブロック１３．１４に連結され
るとともに、Ｙ方向に伸縮する第２のＹ方向圧電素子ｙ
ｓ、ｙｅによってｘ−Ｚ方向可動ブロック１１．１２に
連結されている。この第２のＸ方向圧電素子ｘ５．ｘ６
は、第１のＸ方向圧電素子Ｘ、、Ｘ、及びｘ３．ｘ４と
同様に構成されている。すなわち、圧電素子ｘ５及びｘ
８は圧電素子Ｘ、〜ｘ４と同一のものとされ、圧電素子
ｘ５には圧電素子ｘ、、ｘ３と同一の電圧が加えられる
とともに、圧電素子ｘ６にはそれと同一の大きさで逆極
性の電圧が加えられるようになっている。また、第２の
Ｙ方向圧電素子ｙｓ、ｙｅも、第１のＹ方向圧電素子Ｙ
　１　　ｗ　Ｙ　２及びＹ　３　＋　Ｙ　４と同様に構
成されている。

こうして、中央ブロック１５は、Ｘ方向可動ブロック７
．８と同一条件でＸ方向に移動されるとともに、Ｙ方向
可動ブロック９．１０と同一条件でＹ方向に移動される
ようになっている。

中央ブロック１５には、Ｚ方向に伸縮する制御用圧電素
子Ｚｏが取り付けられている。そして、その圧電素子Ｚ
、の端部に設けられたホルダ１６に、探針１７が取り付
けられるようになっている。

ベース２には、試料を載置した試料台が挿通される開口
１８が設けられている。

このように構成された探針走査機構ｌにおいては、第１
及び第２のＺ方向圧電素子２１〜Ｚ４に一定電圧を加え
ると、これらの圧電素子２１〜Ｚ４が一定量だけ伸縮し
、ｘ−Ｚ方向可動ブロック１１．１２及びＹ−Ｚ方向可
動ブロック１３．１４が同量だけＺ方向に移動する。こ
のとき、Ｘ方向及びＹ方向には何らの影響も及ぼされな
い、したがって、第２のＸ方向圧電素子ｘ５．ｘ、及び
第２のＹ方向圧電素子Ｙ５．Ｙ、は、それぞれ第１のＸ
方向圧電素子Ｘ、−ｘ４及び第１のＹ方向圧電素子Ｙ１
〜Ｙ４と平行に保たれる。その結果、中央ブロック１５
がｘ−Ｚ方向可動ブロック１１．１２及びＹ−Ｚ方向可
動ブロック１３．１４とともにＺ方向に移動することに
なり、探針１７のＺ方向位置、すなわち高さが変化する
。

このようにして探針１７を所定の高さに保った状態で、
第１及び第２のＸ方向圧電素子Ｘｔ〜Ｘ６に一定電圧を
加える。すると、一方の圧電素子、例えばＸｔ　　、ｘ
３　、ｘ５が一定量だけ伸び、他方の圧電素子Ｘ＝　、
Ｘ４．Ｘｓが同量だけ縮む、それによって、Ｘ方向可動
ブロック７．８及び中央ブロック１５が同量だけＸ方向
に移動する。このとき、ｘ−Ｚ方向可動ブロック１１．
１２も、Ｘ方向可動ブロック７．８に伴って移動する。

したがって、Ｙ方向及びＺ方向には何の影響も及ぼされ
ない、こうして、探針１７がＸ方向に所定量だけ移動さ
れる。

また、第１及び第２のＹ方向圧電素子Ｙ１〜ＹＢに一定
電圧を加えると、同様にして探針１７がＹ方向に所定量
だけ移動される。

したがって、Ｘ方向圧電素子ｘ１〜ｘ６及びＹ方向圧電
素子Ｙ１〜Ｙ６に加える電圧を適宜変化させることによ
り、探針１７にＸ−Ｙ平面を走査させることができる。

このような構成の探針走査機構１は、走査範囲がｌＩＬ
曹Ｘ　ｌ　ｐ、ｒｍ程度のものであれば、１辺が２．５
ｃ■以下程度のものとすることができる。

したがって、第４図に示されているように、走弁型電子
顕微鏡の試料室内に設置することができる。また、各ブ
ロック３〜１５等をアルミ等の軽合金によって形成する
ようにすれば、全体が軽量のものとなり、その固有振動
数を約２０ｋＨｚまで高めることができる。探針走査機
構１の固有振動数がそのように高いものとなれば、走査
型電子顕微鏡の除振機構のみによって、外部からの振動
の影響を抑えることができる。更に、走査型電子顕微鏡
の試料室内は真空とされるので、探針走査機構１をその
試料室内に設とすることによって、探針１７部分の熱的
影響を排除することができる。

この探針走査機構ｌを走査型電子顕微鏡の試料室内に設
置するときには、第４図に示されているように、電子顕
微鏡の試料移動台２０上に試料粗動機構２１を取り付け
る。試料移動台２０は、Ｘ−Ｙ平面内で移動可能とされ
たものである。試料粗動機構２１は、円筒状のガイド２
２の内部に、圧電素子２３によって連結された上下２枚
の円板２４．２５を配ごしたもので、その円板２４．２
５は、それぞれ圧電素子２６．２７によって、ガイド２
２に対して係止あるいは離脱されるようになっている。

上方の円板ｚ４上には試料台２８が設けられており、そ
の試料台２８の上面に試料２９が載置されるようになっ
ている。

したがって、試料粗動機構２１の下方の円板２５をガイ
ド２２に係止するとともに、上方の円板２４をガイド２
２から離して圧電素子２３を伸縮させ、次いで、下方の
円板２５をガイド２２から離すとともに上方の円板２４
をガイド２２に係止して、圧電素子２３を伸縮させると
いう操作を繰り返せば、試料２９が昇降、すなわちＺ方
向に移動される。

探針走査機構ｌのベース２は、試料粗動機構２１のガイ
ドｚ２の上端面に取り付けられる。

このとき、電子顕微鏡の対物レンズ３０から発される電
子ビーム３１が、探針走査機構ｌの固定ブロック３〜６
のいずれかの上方から、第２のＸ方向圧Ｗ素子ｘ５．ｘ
、と第２のＹ方向圧ｉｔ素子ｙｓ、ｙｅとの間の空間を
通って端針１７の先端部近傍の試料２９表面を照射し、
その試料２９から放出される２次電子３２が、反対側の
Ｘ方向圧電素子ｘ８．ｘ５　とＹ方向圧電素子Ｙ６．Ｙ
、との間の空間を通って２次電子検出器３３に到達する
ようにする。Ｘ方向圧電素子Ｘｓ、Ｘｓ及びＹ方向圧電
素子Ｙ５．Ｙ６は十文字に組み合わされているだけであ
るので、このような空間は十分に確保することができる
。

試料粗動機構２１の円筒状ガイド２２は、電子顕＃１鏡
の固定部に取り付けられたクランプ用圧？ｔｔ素子３４
によって、任意の位置で固定されるようになっている。

このような顕微鏡を用いて試料２９を観察するときには
、まず、試料粗動機構２１によって試料２９をＺ方向に
移動させ、電子顕微鏡によって観察できる範囲に位置さ
せる８次いで。

試料移動台２０を移動させることにより、試料２９をｘ
−Ｙ平面内で移動させ、観察しようとする場所が探針１
７の先端部に位置するようにする。そして、その状態で
、クランプ用圧電素子３４により試料粗動機構２１のガ
イド２２を固定し、試料２９をＸ−Ｙ平面内で位置決め
する。

次に、試料粗動機構２１を作動させ、探針１７と試料２
９との間にトンネル電流が生じるようになるまで、試料
２９を探針１７に近づける。更に、探針走査機構１のＺ
方向圧電素子ｚ、＃Ｚ４に電圧を加え、そのトンネル電
流が所定値となるように探針１７のＺ方向の位置を微調
整する。

この状態で、電子ビーム３１を走査し、走査型電子顕微
鏡によって試料２９の表面を観察する。そして、更に拡
大して我察しようとする場所に探針１７を位置させる。

そのためには、探針走査機構１のＸ方向圧電素子ｘ、−
Ｘｓ及びＹ方向圧電素子Ｙ璽〜Ｙ６に適宜の電圧を加え
てやればよい。

走査型トンネル顕微鏡によって試料２９を観察するとき
には、そのときの探針１７の位置を中心として、試料２
９の表面に沿って、すなわちｘ−Ｙ平面内で探針１７を
走査する。そして、探針１７と試料２９との間に生ずる
トンネル電流が一定に保たれるように制御用圧電素子Ｚ
、に制御電圧を加え、その制御電圧を画像処理する。

このようにして、同一試料２９の同一位置を、走査型電
子顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡とによって観察するこ
とができるようになる。

なお、上記実施例においては、ベース２が矩形であるも
のとしているが、ベース２は円形等、任意の形状とする
ことができる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｘ方
向の圧電素子によってＸ方向に移動されるＸ方向可動ブ
ロックと、Ｙ方向の圧電素子によってＹ方向に移動され
るＹ方向可動ブロックとにより、それぞれＺ方向の圧電
素子を介してｘ−Ｚ方向可動ブロック及びＹ−Ｚ方向可
動ブロックを支持するようにし、そのｘ−Ｚ方向可動ブ
ロックに連結されるＹ方向の圧電素子とＹ−Ｚ方向可動
ブロックに連結されるＸ方向の圧電素子とにより、探針
が取り付けられる中央ブロックを支持するようにしてい
るので、探針をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向にそれぞれ
独立して移動させることができるようになり、その位置
制御が正確かつ容易になされるようになる。

また、このように探針走査機構が固定ブロック、可動ブ
ロック、及び圧電素子のみによって構成されるので、全
体を軽量小形化することができる。したがって、走査型
電子顕微鏡の試料室内に設置することが可能となる。し
かも、その上部には十分な空間が形成されるので、探針
の先端部を電子！ｉｌｌ微鏡によって観察することもで
きる。そして、そのようにすることにより、同一試料の
同一位置を走査型電子顕微鏡及び走査型トンネル顕微鏡
の両者によって容易に観察することができるようになる
ので、トンネル顕微鏡の有用性が飛躍的に高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による走査型トンネル顕微鏡の探針走
査機構の一実施例を示す斜視 図、 第２図は、その探針走査機構の平面図、第３図は、第２
図のｍ−ｍ線に沿って切断した、その探針走査機構の縦
断側面図、 第４図は、その探針走査機構を設置した走査型電子顕微
鏡の試料室を示す縦断正面図、第５図は、従来の探針走
査機構の一例を示す斜視図である。 ｌ・・・探針走査機構　　　　　　２・・・ベース３．
４，５．６・・・固定ブロック ７．８・・・Ｘ方向可動ブロック ９．１０・・・Ｙ方向可動ブロック １１．１２・・・ｘ−Ｚ方向可動ブロック１３．１４・
・・Ｙ−Ｚ方向可動ブロック１５・・・中央ブロック　
　　　　１７・・・探針２８・・・試料台　　　　　　
　　２９・・・試料ｘ１〜ｘ４・・・第１のＸ方向圧電
素子ｘ５．ｘ８・・・第２のＸ方向圧電素子Ｙ１〜Ｙ４
・・・第１のＹ方向圧電素子ｙｓ、ｙａ・・・第２のＹ
方向圧電素子Ｚｏ・・・制御用圧電素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｘ方向及びそれに垂直なＹ方向の辺を有する矩形の４頂
   点位置においてベースに固定された４個の固定ブロック
   と、 その固定ブロック間のＸ方向の辺に設けら れ、その固定ブロックに取り付けられたＸ方向に伸縮す
   る第１のＸ方向圧電素子によりＸ方向に移動されるＸ方
   向可動ブロックと、 前記固定ブロック間のＹ方向の辺に設けら れ、その固定ブロックに取り付けられたＹ方向に伸縮す
   る第１のＹ方向圧電素子によりＹ方向に移動されるＹ方
   向可動ブロックと、 Ｘ方向及びＹ方向の両方に垂直なＺ方向に伸縮する第１
   のＺ方向圧電素子を介して前記Ｘ方向可動ブロックに支
   持され、その第１のＺ方向圧電素子によりＺ方向に移動
   されるＸ−Ｚ方向可動ブロックと、 前記第１のＺ方向圧電素子と同一条件でＺ方向に伸縮す
   る第２のＺ方向圧電素子を介して前記Ｙ方向可動ブロッ
   クに支持され、その第２のＺ方向圧電素子によりＺ方向
   に移動されるＹ−Ｚ方向可動ブロックと、 前記第１のＸ方向圧電素子と同一条件でＸ方向に伸縮す
   る第２のＸ方向圧電素子により前記Ｙ−Ｚ方向可動ブロ
   ックに連結されるとともに、前記第１のＹ方向圧電素子
   と同一条件でＹ方向に伸縮する第２のＹ方向圧電素子に
   より前記Ｘ−Ｚ方向可動ブロックに連結された中央ブロ
   ックと、 を備え、 試料表面との間に生ずるトンネル電流を検出する探針が
   、Ｚ方向に伸縮する制御用圧電素子を介して前記中央ブ
   ロックに取り付けられていて、 その探針が、前記各Ｘ方向圧電素子あるいはＹ方向圧電
   素子に走査電圧を加えることによってＸ−Ｙ平面内で走
   査されるとともに、前記Ｚ方向圧電素子あるいは制御用
   圧電素子に制御電圧を加えることによって前記試料表面
   との間の距離が調整されるようにされている、 走査型トンネル顕微鏡の探針走査機構。