(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針または試料をｘ、ｙ、ｚの３方向であって且つｘ方向の走査速度がｙ方向の走査速度よりも速くなるように走査させるための３次元微小走査装置において、
一番外側に設けられた外枠部と、
該外枠部の内側に形成され、該外枠部に弾性部材を介して支持され、ｙ軸方向に移動可能なｙステージと、
該ｙステージの内側に形成され、該ｙステージに弾性部材を介して支持されたｘ軸方向およびｚ軸方向に移動可能なｚステージ兼用のｘステージとを具備し、
該ｘ、ｙステージが変位する３方向が互いに垂直になるように、
前記ｙステージは、前記外枠部を貫通するｙ軸スピンドルを介して、ｙ軸方向のボイスコイルモータ、またはリニアモータの駆動力によりｙ軸方向に駆動され、
前記ｚステージ兼用のｘステージは、前記外枠部と前記ｙステージとを貫通するｘ軸スピンドルを介して、ｘ軸方向のボイスコイルモータ、またはリニアモータの駆動力により、ｘ軸方向に駆動されるとともに、ｚ軸スピンドルを介して、ｚ軸方向のボイスコイルモータ、またはリニアモータの駆動力によりｚ軸方向にも駆動され、
前記弾性部材と協働して前記各駆動力に比例した変位を各ステージに生ずるようにしたことを特徴とする３次元微小走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の３次元微小走査装置において、
前記外枠部と前記ｙステージとの間隙、および前記ｙステージと前記ｘステージとの間隙に、振動防止用のダンパ部材を挿入したことを特徴とする３次元微小走査装置。
【請求項３】
請求項１記載の３次元微小走査装置において、
前記外枠部材、前記ｙステージ、前記ｚステージ兼用のｘステージ及び各弾性部材は、金属部材から一体成型されていることを特徴とする３次元微小走査装置。
【請求項４】
請求項３記載の３次元微小走査装置において、
前記外枠部と前記ｙステージとの間隙、および前記ｙステージと前記ｘステージとの間隙に、振動防止用のダンパ部材を挿入したことを特徴とする３次元微小走査装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の３次元微小走査装置において、
前記弾性部材は、前記金属部材の薄肉部でばね部材として働くように形成されたことを特徴とする３次元微小走査装置。
【請求項６】
請求項３または４記載の３次元微小走査装置において、
前記金属部材として、アルミニューム、チタンとその合金およびＳＵＳのいずれかを用いたことを特徴とする３次元微小走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は３次元微小走査装置に関し、特に走査型プローブ顕微鏡等に用いて好適な３次元微小走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の３次元微小走査装置として、例えば、図１０に示されているようなものが提案されている。同図（ａ）  の３次元微小走査装置は、円筒状のピエゾ素子６０と、その円筒面に巻かれたｚ微動のための電極６１と、ｘ、ｙ走査のための４分割された電極６２、６３、６４、６５（６４と６５は図示せず）と、前記円筒状のピエゾ素子６０の上に固定された探針６６とから構成されている。前記電極６１には図示されていないフイードバック回路によって作成されたフイードバック電圧がリード線６７を介して印加され、前記電極６２、６３、６４、６５には、図示されていない走査信号発生装置で生成されたｘおよびｙ方向の走査信号が印加される。
【０００３】
次に、同図（ｂ）  は他の従来の３次元微小走査装置を示し、７１、７２および７３はそれぞれｘ、ｙおよびｚ方向に配置されたピエゾ棒を示し、該３本のピエゾ棒はそれぞれの当接部７４、７５にて例えば接着剤等で接着されている。ｚ方向のピエゾ棒の上には、探針７６が固定されている。該３本のピエゾ棒７１、７２および７３に、前記フイードバック電圧およびｘ、ｙ方向の走査信号を印加することにより、３次元の走査をすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図１０（ａ）  の３次元微小走査装置においては、広い領域の走査を行おうとすると、図１１に示されているように、前記ピエゾ素子６０のｚ軸方向に円弧エラーΔｚが生じ、該ピエゾ素子６０の先端に取り付けられた探針６６による試料面８０の観測が不正確になるという問題があった。また、前記図１０（ｂ）  の３次元微小走査装置においては、３本のピエゾ棒が接着剤等で結合されているため、スキャナの共振周波数を高くすることができないという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、前記したｚ軸方向の円弧エラーを生ぜず、またスキャナの共振周波数を高くすることができる３次元微小走査装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、印加される駆動力に対して、ｘ、ｙおよびｚ方向にリニアな変位が得られる３次元微小走査装置を提供することにある。さらに他の目的は、小形、軽量かつ簡単に製造できる３次元微小走査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、この発明は、探針または試料をｘ、ｙ、ｚの３方向であって且つｘ方向の走査速度がｙ方向の走査速度よりも速くなるように走査させるための３次元微小走査装置において、一番外側に設けられた外枠部と、該外枠部の内側に形成され、該外枠部に弾性部材を介して支持されｙ軸方向に移動可能なｙステージと、該ｙステージの内側に形成され、該ｙステージに弾性部材を介して支持されたｘ軸方向およびｚ軸方向に移動可能なｚステージ兼用のｘステージと、を具備し、該ｘ、ｙステージが変位する３方向が互いに垂直になるように、前記ｙステージは、前記外枠部を貫通するｙ軸スピンドルを介して、ｙ軸方向のボイスコイルモータ、またはリニアモータの駆動力によりｙ軸方向に駆動され、前記ｚステージ兼用のｘステージは、前記外枠部と前記ｙステージとを貫通するｘ軸スピンドルを介して、ｘ軸方向のボイスコイルモータ、またはリニアモータの駆動力により、ｘ軸方向に駆動されるとともに、ｚ軸スピンドルを介して、ｚ軸方向のボイスコイルモータ、またはリニアモータの駆動力によりｚ軸方向にも駆動され、前記弾性部材と協働して前記各駆動力に比例した変位を各ステージに生ずるようにした点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、外枠、各ステージ及び弾性部材が、金属部材から一体成型されている点に第２の特徴がある。さらに、本発明は、「ｙステージがｙ方向に弾性を持つ平行バネによって外枠に支持されており、ｘステージがｘ方向に弾性を持つ平行ばねによってｙステージに支持されている」という構成が採用されており、これによりｘ、ｙステージはそこに作用させた力に比例して変位することになるという点に第３の特徴がある。
本発明の第１の特徴によれば、平行ばねの如き弾性部材を用いることにより、ボイスコイルモータ等のアクチュエータによってｘ及びｙステージに駆動力が作用した場合、対応する弾性部材がこの力に比例して撓むという力−変位変換器としての機能が実現される。この結果、ｘ、ｙステージに、ボイスコイルモータ等のアクチュエータによって加えられた力に比例した変位を生じさせることができ、これにより試料又は探針を円弧エラーなしに精度よく微小走査させることができる。
【０００８】
本発明の第２の特徴によれば、３次元微小走査装置を簡単且つ小型に作成でき、また１つ１つの部品を組み立てて作るのに比べ軽量且つ精密に、しかも安価に作成できるようになる。また、本発明の第３の特徴によれば、ｘ、ｙステージに例えばボイスコイルモータにより力を加えれば、この力に比例してｘ、ｙステージが変位することになり、この結果、ｘ、ｙ方向への微小走査を良好なリニアリティ特性をもって行うことができる。このようなリニアリティ特性が実現できることにより、前述の通り、精度のよい微小走査が可能となるので、測定精度を大きく改善することができるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の３次元微小走査装置を備えた走査型プローブ顕微鏡の概略の構成を示す図である。該走査型プローブ顕微鏡の筐体１は、少くとも、ｚ、ｘ軸方向のボイスコイルモータ２、３、およびｙ軸方向のボイスコイルモータ１１（図２参照）と、本発明に関わる３次元微小走査装置４を保持している。前記ｘ軸方向のボイスコイルモータ３からは前記３次元微小走査装置４に向かってｘ軸スピンドル５が延びており、前記ｙ軸方向のボイスコイルモータからは同様に該３次元微小走査装置４に向かってｙ軸スピンドル１２（図２参照）が延びている。また、ｚ軸方向のボイスコイルモータ２からも、同様に該３次元微小走査装置４に向かってｚ軸スピンドル６が延びている。該３次元微小走査装置４の中央下部には、前記ｚ軸スピンドル６の下端に支持された探針７が設けられ、該探針７は試料台８上に置かれた試料に近接して対向させられて使用される。９は細線であり、前記スピンドル５、６がｚ、ｘ方向に走査された時に起きる可動子１０に対するスピンドル５、６の歪みを吸収する働きをしている。
【００１０】
次に、本発明の３次元微小走査装置４の一実施形態を、図２、図３および図４を参照して説明する。図２は該一実施形態の斜視図、図３は平面図、図４は図３のＡ-Ａ´線断面図を示す。これらの図において、図１と同一の符号は同一または同等物を示している。図示されているように、３次元微小走査装置４は、前記走査型プローブ顕微鏡の筐体１に固定される外枠部２１と、該外枠部２１に弾性部材、例えば平行ばね２２ａ ２２ｄで支持されたｙステージ２２と、該ｙステージ２２に弾性部材、例えば平行ばね２３ａ ２３ｄで支持されたｘステージ２３と、該ｘステージ２３を兼用して使用されるｚステージから構成されている。該構成の３次元微小走査装置４は、例えばアルミニューム、チタン、ＳＵＳ等の金属材料を用いて、一体成型により、簡単かつ小型に作成することができる。なお、図２において、１１はｙ軸方向のボイスコイルモータ、１２はｙ軸スピンドルを示しており、ｙ軸スピンドル１２は、図２および図３に示すように、外枠部２１を貫通してｙステージ２２に接続されている。また、ｘ軸スピンドル５は、図２乃至図４に示すように、外枠部２１とｙステージ２２とを貫通してｘステージ２３に接続されている。
【００１１】
前記平行ばね２２ａ〜２２ｄはｙ軸方向に弾性を持つようにｙ方向の厚さｔｙ  （図６参照）が薄くされており、ｙ軸スピンドル１２から力Ｆｙ  を受けると、ｙ軸方向に撓む。同様に、前記平行ばね２３ａ〜２３ｄはｘおよびｚ軸方向に弾性を持つようにｘ方向およびｚ方向の厚さｔｘ  、ｔｚ  （図６参照）が薄くされており、ｘ軸スピンドル１２から力Ｆｘ  を受けるとｘ軸方向に撓み、また、ｚ軸スピンドル６から力Ｆｚ  を受けるとｚ軸方向に撓む。この結果、前記ｘ、ｙ、ｚ軸方向のボイスコイルモータ３、１１，２を付勢することにより、３次元の微小走査を実現することができる。
【００１２】
次に、本実施形態の３次元微小走査装置４の動作を、定量的に説明する。今、前記ｘ軸スピンドル５からの力Ｆｘ  によりｘ軸方向に移動（走査）させられるｘステージ２３の質量をｍｘ  （以下、ｘステージ２３の質量ｍｘ  と呼ぶ）、前記平行ばね２３ａ〜２３ｄの各々のばね定数をｓｘ１、ｓｘ２、ｓｘ３、およびｓｘ４とし、その合成のばね定数をｋｘ  （＝ｓｘ１＋ｓｘ２＋ｓｘ３＋ｓｘ４）とする。
【００１３】
同様に、前記ｙ軸スピンドル１２からの力Ｆｙ  によりｙ軸方向に移動（走査）させられるｙステージ２２およびｘステージ２３の合計の質量をｍｙ  （以下、ｙステージ２３の質量ｍｙ  と呼ぶ）、前記平行ばね２２ａ〜２２ｄの各々のばね定数をｓｙ１、ｓｙ２、ｓｙ３、およびｓｙ４とし、その合成のばね定数をｋｙ  （＝ｓｙ１＋ｓｙ２＋ｓｙ３＋ｓｙ４）とする。
【００１４】
さらに、前記ｚ軸スピンドル６からの力Ｆｚ  によりｚ軸方向に移動させられる前記ｚステージ、すなわちｘステージ２３の質量をｍｚ  、該ｘステージ２３の平行ばね２３ａ〜２３ｄのｚ方向のばね定数をｋｚ  とする。
ここで、前記ｘ軸方向の移動（走査）に着目すると、該ｘ軸方向の動きの原理は、図５の片持ち梁の動きと同一視することができる。そして、該片持ち梁の弾性部材３１のバネ定数を前記ｋｘ  、重り３２のｘ軸の質量を前記ｍｘ  と置くことができる。今、該片持ち梁を両矢印ａ方向、すなわちｘ軸の正負の方向に振動させたとし、ｘ軸方向の共振周波数をｆｘ  とすると、下記の（１）  式が成立する。
【００１５】
【数１】
0003544453.tif 000002
【００１６】
前記ｙ軸方向の移動（走査）およびｚ軸方向の移動も前記と同様に前記片持ち梁の動きと同一視することができるので、下記の（２）  、（３）  式が成立する。
【００１７】
【数２】
0003544453.tif 000003
【００１８】
前記（１）  〜（３）  式において、ｍｘｅｆｆ、ｍｙｅｆｆ、およびｍｚｅｆｆは、それぞれｘ、ｙおよびｚ軸方向の前記質量ｍｘ  、ｍｙ  、およびｍｚ  の有効質量である。なお、片持ち梁の場合該有効質量は、実際の質量の０．２４倍と定義されている。
次に、本実施形態の３次元微小走査装置４を走査プローブ顕微鏡のスキャナに使用することを考えると、ｘ方向の走査速度を、ｙ方向の走査速度より速くしなければならないので、ｘ軸方向の共振周波数ｆｘ  ≧ｙ軸方向の共振周波数ｆｙ  が成立する必要がある。なお、ｚ軸方向の共振周波数ｆｚ  は該ｘ軸方向の共振周波数ｆｘ  よりはるかに大きくすることが必要である。
【００１９】
前記図２〜図４の説明から明らかなように、ｘステージ２３はｙステージ２２の内側に形成されているので、ｘステージ２３の質量ｍｘ  はｙステージ２２の質量ｍｙ  より小さくなる。今、ｍｘ  ≦１／４・ｍｙ  であるとすると、下記の（４）  式が成立する。
ｍｘｅｆｆ≦１／４・ｍｙｅｆｆ  …（４）
よって、前記（１）  、（２）  式から、下記の（５）  式が成立する。
【００２０】
ｋｙ  ≧４ｋｘ    …（５）
すなわち、ｙ軸方向のばね定数は、ｘ軸方向のばね定数の４倍より大きくすることが必要になる。
次に、前記３次元微小走査装置４のｘ、ｙ方向のダイナミックレンジ（移動距離）について説明する。今、該ｘ、ｙ方向のダイナミックレンジを、それぞれ、［ｘ］、［ｙ］とすると、下記の（６）  、（７）  式が成立する。
【００２１】
［ｘ］＝Ｆｘ  ／ｋｘ    …（６）
［ｙ］＝Ｆｙ  ／ｋｙ    …（７）
ここにＦｘ  、Ｆｙ  は、それぞれ、前記ｘ軸スピンドル５およびｙ軸スピンドル１２の駆動力である。
前記（１）  、（２）  式より、それぞれ、ｋｘ  ＝（２πｆｘ）２  ・ｍｘｅｆｆ、ｋｙ  ＝（２πｆｙ）２  ・ｍｙｅｆｆが成立するから、前記（６）  、（７）  式はそれぞれ下記の（８）  、（９）  式と表すことができる。
【００２２】
［ｘ］＝Ｆｘ  ／（２πｆｘ）２  ・ｍｘｅｆｆ  …（８）
［ｙ］＝Ｆｙ  ／（２πｆｙ）２  ・ｍｙｅｆｆ  …（９）
いま、ｆｘ  ＝ｆｙ  ＝５００Ｈｚ、ｍｘｅｆｆ＝１ｇ、ｍｙｅｆｆ＝４ｇとすると、ｋｘ  ＝約１０４  Ｎ／ｍ、ｋｙ  ＝約４×１０４  Ｎ／ｍとなり、前記ｘ軸、ｙ軸スピンドル５、１２の駆動力Ｆｘ  、Ｆｙ  を、それぞれＦｘ  ＝１Ｎ、Ｆｙ  ＝４Ｎとすると、ｘ、ｙ方向のダイナミックレンジ［ｘ］、［ｙ］は、それぞれ、［ｘ］＝［ｙ］＝１００μｍとなる。ｘ、ｙ方向のダイナミックレンジがそれぞれ１００μｍ取れれば、走査型プローブ顕微鏡が要求するｘ、ｙ方向の走査範囲を満足しているということができる。
【００２３】
次に、ｚ方向のダイナミックレンジ（移動距離）について説明する。ｚ方向のダイナミックレンジを［ｚ］と置くと、前記したｘ、ｙ方向のダイナミックレンジと同様に、下記の（１０）式、（１１）式が成立する。
［ｚ］＝Ｆｚ  ／ｋｚ  ＝Ｆｚ  ／（２πｆｚ）２  ・ｍｚｅｆｆ  …（１０）
いま、ｆｚ  ＝２ｋＨｚ、ｍｚｅｆｆ＝１ｇとすると、ｋｚ  ＝１．５×１０５    Ｎ／ｍとなる。また、ｚ軸スピンドル６の駆動力Ｆｚ  を、Ｆｚ  ＝１Ｎ／ｍとすると、ｚ方向のダイナミックレンジ［ｚ］は、［ｚ］＝６．３×１０−３＝６．３μｍとなる。したがって、ｚ方向のダイナミックレンジは、走査型プローブ顕微鏡が要求するｚ方向のダイナミックレンジを満足しているということができる。なお、前記の説明では、ｚ方向の共振周波数ｆｚ  を、ｆｚ  ＝２ｋＨｚとしたが、この共振周波数ｆｚ  の値は、走査型プローブ顕微鏡が要求するｚ方向の共振周波数の大きさを満足しているということができる。
【００２４】
次に、３次元微小走査装置４をアルミで形成した場合の前記ｘステージ２３、ｙステージ２２の各平行ばね２３ａ〜２３ｄ、２２ａ〜２２ｄの一設計例について説明する。図６に示されているように、該ｘステージ２３の各平行ばね２３ａ〜２３ｄの長さをｌｘ  、幅をｗｘ  、厚みをｔｘ  とすると、ｌｘ  ＝１ｃｍ、ｗｘ  ＝１．７３ｍｍ、ｔｘ  ＝４３０μｍとすることができる。また、ｙステージ２２の各平行ばね２２ａ〜２２ｄの長さをｌｙ  、幅をｗｙ  、厚みをｔｙ  とすると、ｌｙ  ＝１ｃｍ、ｗｙ  ＝０．５ｃｍ、ｔｙ  ＝４８０μｍとすることができる。
【００２５】
一般に、ｘステージ２３の平行ばね２３ａ〜２３ｄのいずれか一つのばねのばね定数をｓｘｉとし、ｙステージ２２の平行ばね２２ａ〜２２ｄのいずれか一つのばねのばね定数をｓｙｉとすると、該ｓｘｉとｓｙｉは下記の（１１）、（１２）式で表すことができる。
ｓｘｉ＝Ｅ・ｗｘ  ・ｔｘ  ３    ／４ｌｘ  ３      …（１１）
ｓｙｉ＝Ｅ・ｗｙ  ・ｔｙ  ３    ／４ｌｙ  ３      …（１２）
ここに、Ｅはヤング率を示し、アルミのヤング率Ｅは、７．０３×１０１０Ｎ／ｍである。
【００２６】
そこで、前記（１１）、（１２）式に、前記のアルミのヤング率Ｅの値、ｘ、ｙステージの平行ばねの長さ、幅、厚みの前記設計値を代入すると、前記ばね定数ｓｘｉ、ｓｙｉの値は、それぞれ、次のようになる。
ｓｘｉ＝１０４    ／４（Ｎ／ｍ）、ｓｙｉ＝１０４    （Ｎ／ｍ）
これらのばね定数ｓｘｉ、ｓｙｉの値は、前記のｘ、ｙ方向のダイナミックレンジを求める時に用いた合成ばね定数ｋｘ  （＝約１０４    Ｎ／ｍ）、ｋｙ  （＝約４×１０４    Ｎ／ｍ）とよく符合しており、前記の設計値を用いれば、ｘ、ｙ方向のダイナミックレンジ［ｘ］、［ｙ］を、［ｘ］＝［ｙ］＝１００μｍ程度にできることは明らかである。
【００２７】
次に、本実施形態では、ｚステージのばねはｘステージのばね２３ａ〜２３ｄを兼用しているのでｘｚステージのばね２３ａ〜２３ｄの一つのばねのｚ方向のばね定数をｓｚｉとすると、該ｓｚｉは下記の（１３）式で表すことができる。
ｓｚｉ＝Ｅ・ｔｘ  ・ｗｘ  ３    ／４ｌｘ  ３      …（１１）
この式に、前記アルミのヤング率Ｅ、平行ばね２３ａ〜２３ｄの長さｌｘ  、幅ｗｘ  、厚みｔｘ  を代入すると、ばね定数ｓｚｉの値は次のようになる。
【００２８】
ｓｚｉ＝１．６×１０５    ／４（Ｎ／ｍ）
このばね定数ｓｚｉの値は、前記のｚ方向のダイナミックレンジを求める時に用いた合成ばね定数ｋｚ  （＝１．５×１０５    Ｎ／ｍ）とよく符合しており、前記の設計値を用いれば、ｚ方向のダイナミックレンジ［ｚ］を、［ｚ］＝６．３μｍ程度にできることは明らかである。
【００２９】
前記の実施形態によれば、前記ｚ軸スピンドル６の先端に固定された探針７は、該ｚ軸スピンドル６の先端部で、かつ一平面で形成されたｘおよびｙステージ２３、２２上で、ｘおよびｙ方向にスキャンされるので、広い領域の走査を行っても、ｚ軸方向の円弧エラーΔｚは殆ど生じなくなる。また、スキャナの共振周波数は、前記の説明から明らかなように、十分に高くすることができ、高速で探針をスキャンすることができるようになり、走査型プローブ顕微鏡の操作性を向上させることができるようになる。
【００３０】
次に、本発明の変形例を、図７および図８を参照して説明する。この変形例は、前記ｘステージの中央部（図の斜線部）をくりぬき、該斜線部に、例えば金属等で形成された薄膜２４を張ったものである。この薄膜２４を用いると、ｚ軸方向の前記質量ｍｚ  をより小さくすることができ、ｚ方向のダイナミックレンジ［ｚ］を改善することができる。また、他の変形例として、前記薄膜２４に変えて、片持ち梁を用いてもよい。すなわち、ｘステージ２３の一辺から弾性片を前記くりぬきの中心に向かって突出させ、その自由端にｚスピンドル６の先端を接続するようにしてもよい。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態を、図９を参照して説明する。図中の図２または図３と同一の符合は、同一または同等物を示す。
この実施形態は、前記した第１実施形態のｘ、ｙ方向の平行ばね２３ａ〜２３ｄ、２２ａ〜２２ｄを、それぞれ一対のばね４２ａ、４２ｂ；４１ａ、４１ｂから形成し、スキャン時にこれらのばねが自由振動するのを防止するために、外枠部２１とｙステージ２２との間隙（例えば、１０μｍ以下の幅の間隙）に、ダンパーの働きをするグリース系の粘性体４３ａ〜４３ｄが挿入されている。また、ｙステージ２２とｘステージ２３との間隙（例えば、１０μｍ以下の幅）に、前記と同様のグリース系の粘性体４４ａ〜４４ｄが挿入されている。
【００３２】
この実施形態によれば、ｘ、ｙステージ２３、２２を、ｘ、ｙ方向にスキャンさせて図示されていない試料を観察する時、該ｘ、ｙステージ２３、２２を滑らかに移動させることができるようになる。
なお、前記の説明では、本発明の３次元微小走査装置は探針を走査する機構として説明されたが、該３次元微小走査装置を試料台として用いてもよいことは勿論である。また、前記の説明では、３次元微小走査装置は矩形状であったが、本発明はこれに限定されず、円形状あるいは多角形状であっても良い。
【００３３】
【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、弾性部材により、ｘ、ｙおよびｚステージを支持しているので、該ｘ、ｙおよびｚステージに印加される駆動力に対して、リニアに変位させることができるようになる。また、該構成では、従来装置のように、接着剤で３軸が固定されていないので、スキャナの共振周波数を高くすることができるようになる。また、ｚステージの変位は、ｘ、ｙステージの面上に束縛されるので、従来装置で問題となる、ｚ軸方向の円弧エラーΔｚを軽減または除去することができるようになる。
【００３４】
さらに、本発明によれば、ダンパー部材が、外枠部とｙステージとの間隙、および前記ｙステージとｘステージとの間隙に挿入されているので、スキャナの振動を殆ど除去することができ、正確な走査を行わせることができるようになる。また、本発明によれば、アルミニュームのような金属材料で一体成型することができるので、小形、軽量、簡単、精密および安価に製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される走査型プローブ顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態の３次元微小走査装置の構成を示す斜視図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ´線断面図である。
【図５】本発明の原理を示す図である。
【図６】本発明の設計値を説明するための斜視図である。
【図７】本発明の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図１０】スキャナの従来例の斜視図である。
【図１１】図１０の従来装置で、ｚ軸方向の円弧エラーΔｚが起きる理由を説明する図である。
【符号の説明】
１  筐体
２  ｚ軸方向のボイスコイルモータ
３  ｘ軸方向のボイスコイルモータ
１１  ｙ軸方向のボイスコイルモータ
４  ３次元微小走査装置
５  ｘ軸スピンドル
６  ｚ軸スピンドル
７  探針
１２  ｙ軸スピンドル
２１  外枠部
２２  ｙステージ
２３  ｘステージ（ｚステージ兼用）
２２ａ、２２ｄ、２３ａ、２３ｄ  平行ばね
４３ａ、４３ｄ、４４ａ、４４ｄ  粘性体
【図１】
0003544453.tif 000004
【図２】
0003544453.tif 000005
【図３】
0003544453.tif 000006
【図４】
0003544453.tif 000007
【図５】
0003544453.tif 000008
【図６】
0003544453.tif 000009
【図７】
0003544453.tif 000010
【図８】
0003544453.tif 000011
【図９】
0003544453.tif 000012
【図１０】
0003544453.tif 000013
【図１１】
0003544453.tif 000014