(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルステージ（１２）と、
前記サンプルステージを第１軸（６）に沿って移動させるよう構成されたｘ軸方向駆動手段（２０）と、
前記サンプルステージを前記第１軸と共通平面を構成するような第２軸（８）に沿って移動させるよう構成されたｙ軸方向駆動手段（４０）と、
前記第１軸と第２軸に直交する第３軸（１３）に沿って前記サンプルステージを移動させるｚ軸方向駆動手段（４８）とからなる三次元方向の移動が可能なｘｙｚステージにおいて、
前記ｚ軸方向駆動手段は、支持表面（１０）に回転可能に取り付けられた支持プレート（５５）を含むサポート手段（５４）により前記サンプルステージの上方に支持されている電極（５０）を有することを特徴とする三次元方向の移動が可能なマイクロメカニカルｘｙｚステージ。
【請求項２】
前記電極は、平面電極（５０）であることを特徴とする請求項１記載のｘｙｚステージ。
【請求項３】
前記支持プレートは、前記電極から伸びた導電性部材を収納する開口（５６）を有することを特徴とする請求項１記載のｘｙｚステージ。
【請求項４】
前記ｚ軸方向駆動手段は、前記サンプルステージと平面電極に電気的に接続されたキャパシタンスブリッジを用いて制御されるとを特徴とする請求項１記載のｘｙｚステージ。
【請求項５】
前記支持プレートは、ヒンジにより支持表面に回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のｘｙｚステージ。
【請求項６】
前記サポート手段は、支持表面の面内にはない方向に支持プレートを固定する支持プレートロック（６３）を有することを特徴とする請求項１記載のｘｙｚステージ。
【請求項７】
前記支持プレートロックは、支持表面に回転可能に取り付けられたプレート（６２）を含み、
前記プレートは、支持プレートから延びた突起部に係合するよう構成されることを特徴とする請求項６記載のｘｙｚステージ。
【請求項８】
前記ｘ軸方向駆動手段とｙ軸方向駆動手段の少なくとも一方は、櫛歯状駆動手段であることを特徴とする請求項１記載のｘｙｚステージ。
【請求項９】
前記櫛歯状駆動手段は、駆動ステージ（２３）から伸びた駆動部サポート部材（３０）を有し、前記駆動ステージを支持表面の上方に支持することを特徴とする請求項８記載のｘｙｚステージ。
【請求項１０】
前記駆動部サポート部材は、折り曲げられたビーム構造（３１，３８，３９）を有することを特徴とする請求項９記載のｘｙｚステージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子と共に使用されそれ自身の上に搭載された物品を微細整合させるｘｙｚステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サブミクロンの空間解像度を有する近接場走査型光学顕微鏡（Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ  −ＮＳＯＭ）は、大型で高価である。このような大型で高価な装置は、サブミクロンの解像度が用いられるような様々なアプリケーションでは使用不可能である。例えば、非常に小型で安価で高解像度の顕微鏡は、リモートセンシングのアプリケーション（例えば必要な情報がパターンまたは形状の変化であるような、あるいはまた劣悪環境下での画像処理および顕微鏡が放射物，化学物質，有機物質等により汚染され、その後廃棄しなければならないようなデバイス／システムをモニタするようなアプリケーション）では有効である。
【０００３】
小型のＮＳＯＭを開発する際の１つの問題点は適当なｘｙｚ（三次元）ステージを提供することである。ＮＳＯＭにおいては、観測されるサンプルを走査して画像を形成する。このような走査が可動のステージを介して行われる場合には、このようなステージはｘ−ｙ（二次元）面で正確に制御されたミクロンレベルの動きができなければならない。この様なステージは、Ｉｎｄｅｒｍｕｅｈｌｅ  ｅｔ  ａｌ．著の  ”Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｖｅｒｈａｎｇｉｎｇ  ｘｙ−Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｉｐ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ，”  ｖｏｌ．  ４３，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ，ｐｐ．  ３４６−５０  （１９９４）に記載されている。
【０００４】
さらに作業距離即ち光学開口とサンプルとの間の距離は、サブミクロンの大きさの開口の大きさのオーダーであるのが好ましい。かくしてこの様なステージは、ｚ面においてもサブミクロンの大きさの増分でもって正確に位置付けすることができなければならない。この様な微細構造のｘｙｚステージは、Ｆａｎ  ｅｔ  ａｌ．著の”Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｅｄ  ＸＹＺ  Ｓｔａｇｅｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ，”  Ｐｒｏｃ．  １９９７  Ｉｎｔ’ｌ．  Ｃｏｎｆ．  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  （Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  ’９７），  ｐｐ．  ３１９−２２，  １９９７  に記載されている。前掲のＦａｎ  のｘｙｚステージは、スライディング／回転の機械的ジョイントを用いている。このような装置は動きの再現性に影響を及ぼし摩擦に起因するノイズを導入してしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、正確に制御されたサブミクロンのスケールの動きが可能な頑強で微細構造のｘｙｚステージを提供することである。さらにまた本発明の目的は、微細加工されたｘｙｚステージとこのようなｘｙｚステージを用いた近接場走査型光学顕微鏡（ＮＳＯＭ）を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ｘ軸方向駆動手段とｙ軸方向駆動手段がウェハのような支持表面の上に配置され、サンプルステージに結合されそれを支持している。このｘ軸方向駆動手段とｙ軸方向駆動手段は、平面状態にありｘ−ｙ面にサンプルステージを配置可能に動作する。好ましい実施例においては、これらの駆動手段は、櫛の歯状の駆動手段として構成される。
【０００７】
本発明のｘｙｚステージは、さらにｘ−ｙ面以外にサンプルステージを移動させる静電気力を生成するよう適宜構成されるｚ軸方向駆動手段を有する。このような構成においてはｚ軸方向駆動手段は、平行プレート（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｐｌａｔｅ）アクチュエータである。一実施例においては、この平行プレートアクチュエータは、平面プレート電極をサンプルステージの上に宙づりにすることにより実現される。
【０００８】
電圧が平面電極とサンプルステージに係ると、サンプルステージはｘ−ｙ面から出て平面電極の方に移動する。支持手段は回転可能なヒンジ止めされたプレートである。このような回転可能なヒンジ止めされたプレートは、組み立てられた構造体に対し支持を与えると共にｚ軸方向駆動手段の組立を容易にする。このｚ軸組立手段によりサンプルステージへのアクセスが物理的に可能となる。
【０００９】
本発明のｘｙｚステージは、光学素子と一緒に用いられるのが好ましい。例えば一実施例においては、ｘｙｚステージはＮＳＯＭを形成するのに用いられる。本発明によれば、ｚ軸方向駆動手段は、ミクロンサイズの太さにまで引き抜かれた光ファイバの先端部を受領する。この光ファイバは、ｚ軸方向駆動手段の下のサンプルステージ上に配置されたサンプルに光を分配する。
【００１０】
このステージは、櫛歯状の駆動手段を用いて移動され、サンプルから反射した光またはサンプルを透過した光が近接場の光学装置により収集され、処理用の電子装置に分配される。この処理用の電子装置は、例えば強度位置プロットによりサンプルの表示を生成するよう集合的にコンピュータに接続された光学メータを含む。
【００１１】
さらに本発明の別の実施例によれば、微細加工された先端部が走査プローブ顕微鏡検査用に用いられるように、本発明のｘｙｚステージの上に形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はウェハ１０の上にｘｙステージ４が配置された状態を示している。ｘｙステージ４はリンク１４と１６を介してｘ軸方向駆動手段２０とｙ軸方向駆動手段４０に係合されたサンプルステージ１２を有する。このｘ軸方向駆動手段２０は、矢印６で示した方向にサンプルステージ１２を動かすことができる。ｙ軸方向駆動手段４０もまた矢印８で示した方向にサンプルステージ１２を動かすことができる。ｘ軸とｙ軸方向駆動手段２０と４０を制御することにより、サンプルステージ１２をｘ−ｙ面の場所に配置することができる。
【００１３】
この実施例においては、ｘ軸，ｙ軸方向駆動手段２０，４０は、図２に示すように駆動アクチュエータ２０ａ，２０ｂ，４０ａ，４０ｂを有する。駆動アクチュエータ２０ａ，２０ｂは、それぞれリンク１４ａ，１４ｂを介してサンプルステージ１２に係合されている。駆動アクチュエータ４０ａ，４０ｂもまたリンク１６ａ，１６ｂを介してサンプルステージ１２に係合されている。このような２つの駆動アクチュエータが駆動手段２０，４０のそれぞれには必要である。
【００１４】
その理由はこの実施例においては、駆動アクチュエータは、一方向のみ即ち押すだけあるいはより好ましくは引く方向に駆動することができるようにされているからである。かくして駆動アクチュエータ２０ａは、サンプルステージ１２にリンク１４ａを介して力を加えるよう働き、その結果サンプルステージ１２は、矢印６ａで示したように駆動アクチュエータ２０ａの方向に移動する。同様に駆動アクチュエータ２０ｂ，４０ａ，４０ｂもそれぞれの矢印６ｂ，８ａ，８ｂで示される方向にサンプルステージ１２を動かすことができる。
【００１５】
一実施例においては、駆動アクチュエータ２０ａ，２０ｂ，４０ａ，４０ｂは従来の櫛歯状駆動機構として構成することができる。このような櫛歯状駆動機構でもある駆動アクチュエータ２０ａを図３に示す。４本の櫛歯状駆動機構の全ては同一であり、櫛歯状の位置がサンプルステージ１２を動かす方向を決定する。
【００１６】
図３に示すように、櫛歯状駆動機構である駆動アクチュエータ２０ａは、相互に突出した状態の可動歯部材２１と固定歯部材２２とを有する。この可動歯部材２１は、ステージ２３の第１部分２５から延びている。リンク１４ａは、ステージ２３の第２部分２７から延びている。固定歯部材２２は、フレーム２４の第１部分２６から延びている。フレーム２４の第２部分２８は、ワイヤトレース３６の上に配置されている。ワイヤトレース３６は、ボンドパッド３２と導通状態にあり、このボンドパッド３２は、駆動アクチュエータ２０ａの固定歯部材２２に電圧を供給するためにワイヤ３４と接触している。
【００１７】
駆動部サポート部材３０のアーム３８（この図においては一方の駆動部サポート部材のみを示す）は、ステージサイド部材２９の場所でステージ２３に結合されている。駆動部サポート部材３０は、ステージ２３とそれにしたがって動く可動歯部材２１と、例えばウェハ１０のような下にある層あるいは導電層あるいは絶縁層の上にあるリンク１４ａをサポートする。駆動部サポート部材３０は、ステージ２３とリンク１４ａと可動歯部材２１とを下の表面から約２ミクロンだけ持ち上げている。
【００１８】
通常ポリシリコン製の導電層３３は、駆動部サポート部材３０とステージ２３と可動歯部材２１の下にあるウェハ１０の上に配置される。駆動部サポート部材３０は、立ち上げ部材３１の場所で導電層３３と電気的に接触しかつ固着されている。導電層３３はワイヤボンドパッド３５と電気的に接触し、このワイヤボンドパッド３５はステージ２３に電圧を加えるために、それによりさらに可動歯部材２１に電圧を加えるためにワイヤ３７に接続されている。
【００１９】
次に同図に示された構成の動作について述べる。電圧が可動歯部材２１と固定歯部材２２の間にかけられてそれらの間に静電気力を生成される。それに応じて可動歯部材２１は、矢印６ａで示すように固定歯部材２２の方向に引かれる。サンプルステージ１２は、可動歯部材２１にステージ２３とリンク１４ａを介して結合されているために、サンプルプレートもまた矢印６ａで示した方向に移動する。
【００２０】
他の３つの櫛歯状駆動機構である２０ｂ，４０ａ，４０ｂも同一に構成されており、サンプルステージ１２を図２の矢印６ｂ，８ａ，８ｂに示す方向に引きつける。上記の図１，２に示したｘｙステージ４は公知である。ｘ軸，ｙ軸方向駆動手段２０，４０は当業者に公知の様々に構成されたアクチュエータを用いて実現できる。この櫛歯状駆動機構は、このようなアクチュエータの数多くの実施例の１つである。
【００２１】
図３に示した実施例においては、駆動部サポート部材３０は部材３９で折曲げられている。即ちアーム３８は部材３９から突出しているが、その方向はアームが立ち上げ部材３１から突出している方向と１８０゜逆の方向である。このような構成は、「折り畳みビーム」構成と称する。他の実施例においてはこの駆動サポート部材は、別方式で構成して駆動部材と電気的に接触するようなサポート部材を提供するようにしてもよい。
【００２２】
ｘｙｚステージ２は、前述したｘｙステージ４にｚ軸方向駆動手段を追加することにより形成される。本発明によればｚ軸方向駆動手段は、サンプルステージ１２をｘ−ｙ面から脱出させるような静電気力を生成するよう構成される。図４に示した実施例においては、ｚ軸方向駆動手段４８は平行プレートアクチュエータと支持手段５４とを含む。図面を明瞭にするためにｙ軸方向駆動手段４０は図４から取り除いてある。
【００２３】
図４において、平行プレートのアクチュエータは、サンプルステージ１２の上の方に支持手段５４を介して平面電極５０を宙づりにすることにより実現されている。ある種の実施例においては、平面電極５０はその場所を貫通する開口５２を有し、これにより垂直方向からサンプルステージ１２にアクセスできるようにしている。平面電極５０は電極７０と電気的に接続されており、そしてこの電極７０は、次にワイヤトレース７２と電気的に接続されている。ワイヤトレース７２はボンドパッド７４と電気的に接続され、このボンドパッド７４がワイヤ７６に接続されている。
【００２４】
次に図４の実施例の動作について述べると、電圧は平面電極５０にワイヤ７６，ボンドパッド７４，ワイヤトレース７２，電極７０を介して加えられる。静電気力がサンプルステージ１２と平面電極５０との間に生成され、これによりサンプルステージが平面電極の方向に面から飛び出すように移動する。正確なキャパシタンスブリッジを用いてサンプルステージ１２の位置を検出し、ｚ方向に対し約２０ｎｍの範囲内に制御する。かくして平面電極５０は、ｘ軸方向駆動手段２０とｙ軸方向駆動手段４０と共にサンプルステージ１２を三次元方向に動かすことができる。
【００２５】
好ましい実施例においては、支持手段５４は平面電極５０を持ち上げてそれをサンプルステージ１２の上の方に永続的に宙づりにするよう構成されたヒンジ止めされたプレートである。本発明と共にこのようなヒンジ止めされたプレートは、微細加工技術の当業者には公知である。これに関しては、例えば  Ｐｉｓｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．著の  ”Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｈｉｎｇｅｓ，”  ｖｏｌ．  ３３，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ，  ｐｐ．  ２４９−５６，  １９９２  を参照のこと。
【００２６】
このようなヒンジとそこから形成されたマイクロデバイスを製造する技術は、ＭＥＭＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ  ａｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ（ＭＣＮＣ）ｕｎｄｅｒ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ  Ａｇｅｎｃｙ（ＤＡＲＰＡ）−ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ  ＭＥＭＳ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ（ＭＵＭＰ）  から得られる。このＭＣＮＣ  ＭＵＭＰ技術は、ポリシリコン製の３つの層を用いそこにヒンジ止めプレートが光リソグラフ技術を用いて形成される。これに関しては本出願人の米国特許出願０８／８５６，５６９号を参照のこと。
【００２７】
このようなヒンジ止めプレートを用いる支持手段５４の別の実施例を図５に示す。ｘｙステージ４とその関連素子は図５には示されていない。図５に示された実施例においては、支持手段５４は２個のヒンジ止め支持プレート５５と２個のヒンジ止め支持プレートロック６３とを有する。図５，６から分かるようにヒンジ止め支持プレート５５はヒンジ５７と複数の開口５６と２個のスロット６６とを有する。
【００２８】
この開口５６は、導電性フィンガ５８を貫通させる。この導電性フィンガ５８は、一端で電極７０から他端で平面電極５０から延びている。導電性フィンガ５８は２つの機能を有する。１つの機能は平面電極５０に対し電気的な接続を提供することであり、第２の機能は平面電極５０／支持手段５４の組立を補助するものである。
【００２９】
本発明のｘｙｚステージを含む様々なプレート電極、他の素子は例えばＭＣＮＣ  ＭＵＭＰプロセスを用いてウェハ１０の上に堆積された２つのポリシリコン層の一方の層にパターン化される。このような素子は、それらが形成される際、ウェハ１０の面内に堆積される。図５に示すようなｚ軸方向駆動手段を形成するために、これらの素子は回転する（ヒンジ止め支持プレート５５とヒンジ止め支持プレートロック６３）かまたはウェハ１０の面から持ち上げられるか（平面電極５０）のいずれかでなければならない。
【００３０】
平面電極５０は、ヒンジ止め支持プレート５５のヒンジ止めされていない端部を持ち上げることにより、ウェハ１０からリフトオフされ、その結果ヒンジ５７の周囲にサポートプレートを回転させる。図６はヒンジ止め支持プレート５５の一方をサポートするために、パス８２に沿ってこのような持ち上げ動作および回転動作を示す。ヒンジ止め支持プレート５５が図面に示す方向に回転すると、サポートプレート内の開口５６を貫通する導電性フィンガ５８は、ウェハ１０に対し上方向に移動する。導電性フィンガ５８が平面電極５０に固着されているので、これは面から飛び出す方向に移動することになる。
【００３１】
平面電極５０はウェハ１０から最終的な位置、即ちサポート表面の上約３０ミクロンの位置まで持ち上げられる。平面電極５０がその最終位置にあるとヒンジ止め支持プレート５５はウェハ１０に対し垂直方向をとる。このヒンジ止め支持プレート５５は、ヒンジ止め支持プレートロック６３を介して前述した垂直方向に固定される。図５に示す実施例においてはヒンジ止め支持プレートロック６３はヒンジ止めプレート６２ａ，６２ｂと相互接続部材６４とを有する。ヒンジ止めプレート６２ａ，６２ｂは、ヒンジのない端部に形成されたスロット６６を有する。
【００３２】
ヒンジ止め支持プレート５５を固定するためにヒンジ止め支持プレートロック６３は、マイクロピペットを相互接続部材６４の下に配置することにより持ち上げる。各ヒンジ止め支持プレートロック６３が持ち上げられると、ヒンジ止め支持プレートロック６３は、ヒンジ６８の周囲を宙づりにされたプレート電極とヒンジ止め支持プレート５５の方向に回転する。ヒンジ６８のパス８４に沿った回転は、図７のヒンジ止め支持プレートロック６３の一方のみのために示している。このような回転は、スロット６６がヒンジ止め支持プレート５５の各端部に配置された突出部即ちライザ６０に係合するまで継続する。
【００３３】
さらにまた接着剤がヒンジ５７，６８の上と、ライザ６０に係合するスロット６６内に塗布されてヒンジ止め支持プレート５５またはヒンジ止め支持プレートロック６３がそれぞれ動くのを阻止する。この接着剤は、本出願人の米国特許出願０８／８５６，５６６号に開示された方法により塗布される。
【００３４】
平面電極５０を持ち上げ支持する他の様々な構成および平行プレートアクチュエータとその関連する支持手段とを形成する様々な他の構成も本発明と共に用いることができる。
【００３５】
本発明のｘｙｚステージは、光学素子と共に用いることができる。例えば一実施例においては、ｘｙｚステージをミクロンあるいはそれよりも小さいサイズの開口を有する光ファイバと共に組み合わせて用いて近接場走査光学顕微鏡（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−ＮＳＯＭ）を形成することもできる。
【００３６】
近接場顕微鏡は、小さなスポットサイズへの光を集光する非常に小さな開口を用いることにより機能する。このスポットサイズは、光の波長λの何分の一である。この光がサンプルの上に走査されてファーフィールド（ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）  光学装置により収集される。その後このように収集された光は、処理用の電子部品に加えられ強度または他の光学特性を測定し、この測定値を画像用に処理する。これに関しては、Ｂｅｔｚｉｇ  ｅｔ  ａｌ．  著の  ”Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃｓ：  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，  ａｎｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｂｅｙｏｎｄ  ｔｈｅ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔ，”  ｖｏｌ．２５７，  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｐｐ．  １８９−１９５，  Ｊｕｌｙ  １０，  １９９２  を参照のこと。
【００３７】
本発明によるＮＳＯＭを図８に示す。図面を明瞭にするために、ｘ軸，ｙ軸方向駆動手段２０，４０は示さずに、支持手段５４が示されている。本発明のＮＳＯＭは、本発明によるｘｙｚステージと小アパーチャ９２を有する光ファイバ９０とを有する。平面電極５０内の開口５２により光ファイバ９０がサンプルステージ１２にアクセスできる。
【００３８】
約５０−１００ｎｍの範囲の直径を有する開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ）が、公知の方法により光ファイバの先端部を下側に引くことにより形成される。１つの公知の方法によれば、引っ張り力が光ファイバにかけられ光ファイバがレーザの焦点を合わせたスポットでもって局部的に加熱される。光ファイバが加熱されると、光ファイバは流れ出し微細なテーパー状先端部を有する２つの部品に分離される。その後金属がテーパー状の先端部に堆積され、その先端部に小さな開口を形成する。
【００３９】
小アパーチャ９２とサンプルステージ１２との間に一定の大きさのギャップを維持することが重要である。これは従来は剪断力を測定することにより達成されている。このような従来の方法により本発明の光ファイバ９０のような光ファイバは、ピエゾ素子（ｐｉｅｚｏ）  を用いて振動させることができる。サンプルステージ１２のようなサンプルステージを光ファイバの動きの特性が変化するまで、光ファイバの方向に動かす。例えば、動きの大きさが減少するようなものである。
【００４０】
このような変化、例えば動きの大きさが減少することは、光ファイバの先端部がサンプルの表面に近付いたことにより発生し、剪断力が光ファイバの先端部に作用する。光ファイバの振動の大きさおよび周波数のような特性は、光ファイバを引き抜くのに用いられる同一のピエゾ（圧力）を観測することによりモニタされる。このような場合、ピエゾ素子のＡＣインピーダンスが測定される。別法として光ソース／検出機を用いることもできる。
【００４１】
本発明の方法によれば、ギャップの大きさはサンプルステージ１２のｚ軸方向の振動の振幅を約５０ｎｍに維持しながら機械的な損失の変化をモニタすることにより維持される。本発明の方法は、デリケートなサンプルを劣化させることのある従来の方法による剪断力を用いることを回避できる。本発明の方法によれば、キャパシタンスブリッジが平面電極５０とサンプルステージ１２に接続される。このブリッジからの出力はキャパシタンスＣと損失Ｇである。ブリッジが電圧をかけ電流を測定する。
【００４２】
印加される電圧は、ｄｃ電圧成分とａｃ電圧成分の和に等しく、即ちＶａｐｐ  ＝ＶＤＣ＋ＶＡＣである。０から４０ボルトの範囲内のｄｃ電圧が、ｚ方向のサンプルステージ１２の位置、即ち平面電極５０方向への移動位置を決定する。ａｃ電圧ははるかに低い値である。電流のうちａｃ成分のみが測定される。位相の感度を測定することによりサンプルステージと平板電極のインピーダンスのキャパシタンス成分（Ｃ）と抵抗成分（Ｇ）の両方を決定できる。
【００４３】
ステージの位置は理論的には、サンプルステージ（１２）と平板電極（５０）の大きさとキャパシタンスの測定値に基づいて決定される。キャパシタンス／位置の関係がその後得られる。好ましくはステージサンプル（１２）と平板電極（５０）のスペースの実際の測定値は電圧を変えてキャパシタンスを測定することにより得られる。かくしてキャパシタンスを用いてｄｃ電圧の関数としてｚ軸方向の位置を決定できる。
【００４４】
ｘｙｚステージの共鳴周波数以下の周波数を有するａｃ電圧を用いて、ＶＤＣより決定されるように平行位置の周りでステージを機械的に振動させる。プローブの先端部が空のサンプルステージ１２の表面の近傍、あるいはそこに搭載されたサンプルの表面の近傍にあるときには、力はプローブの先端部と表面との間に作用する。この力がステージの振動の振幅に影響を及ぼす。
【００４５】
振動の振幅はＶＡＣ，ＶＤＣと機械的な損失およびａｃ周波数により決定される。電気的な損失は無視できるので、エネルギ消失の全ては機械的損失に起因する。空気のダンピング作用に起因する機械的な損失は、振動動作の振幅に比例する。かくしてこの振幅の変化は、Ｇの変化により見て取れる。このようにして先端部の表面に対する近接した距離が決定できる。
【００４６】
さらにまた本発明の方法は、ｘ軸方向またはｙ軸方向およびｚ軸方向にサンプルステージ１２を振動させることにより、チップとサンプル間の近接距離を決定するのに用いることができる。このような場合、この方法は剪断力のフィードバックの方法の変形例である。
【００４７】
図面には示していないが、本発明のＮＳＯＭはｘ軸方向駆動手段とｙ軸方向駆動手段とｚ軸方向駆動手段を活性化させ、これらの駆動手段を介してサンプルステージに加えられる動きを制御する電圧制御ソースを有する。さらにまたｚ軸駆動手段および／またはｘおよびｙ軸駆動手段のキャパシタンスを測定してサンプルステージの動きを制御することもできる。
【００４８】
さらにまた本発明のＮＳＯＭは、サンプルステージ上のサンプルから反射される光または透過する光を収集するよう動作可能なファーフィールド（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）  光学装置を含む。このような光学装置は、反射光／または透過光を収集する対物レンズとこのような光を検出機に分配する光学装置と検出機とを有する。
【００４９】
検出機は光マルチプライヤ（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）  であるが、光の強度あるいは他の特性を測定するのに適した他の光学検出機を適宜用いることができる。例えば極性，時間遅延，極性の変化，スペクトラム等を適宜用いることができる。検出機は強度／コントラスト比の測定値を処理して画像にするように適宜構成されたあるいはプログラムされたプロセッサに接続される。
【００５０】
第１実施例においては、本発明のＮＳＯＭはテーブル上に配置することもできる。このような実施例においては、従来の顕微鏡を用いてファーフィールド光学装置を提供できる。特に光を顕微鏡のカメラ部分に分配する従来の顕微鏡の対物レンズおよび他の光学装置は、そのようなカメラのポート上に搭載されている市販された光度計と共に用いることができる。
【００５１】
第２の実施例においては、本発明のＮＳＯＭは低温研究用、例えば超伝動性を研究するためのクライオスッタト内に配置することもできる。このような実施例においては、ファーフィールド光学装置はグリーンレンズとクライオスタットからの光を分配する光ファイバ光学画像コンジットと光度計を有する。
【００５２】
ファーフィールド収集光学装置および照射用光学装置は、ポラライザ（極性機），フィルタおよび他の様々な種類の構成要素を含むことができる。例えばこれに関しては、Ｂｅｔｚｉｇ  ｅｔ  ａｌ．  著の  ”Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃｓ：  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，  ａｎｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｂｅｙｏｎｄ  ｔｈｅ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｌｉｍｉｔ，”  を参照のこと。
【００５３】
本発明のさらに別の実施例によれば、走査型のプローブ顕微鏡測定（ｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  −ＳＰＭ）のプローブを本発明のｘｙｚステージ上に配置することもできる。ある実施例においては、このようなプローブは微細加工により形成することができる、例えば、微細加工したシリコン製のチップである。このＳＰＭプローブにより、本発明のｘｙｚステージは、例えば原子間力顕微鏡測定（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  −ＡＦＭ）あるいは走査型トンネル顕微鏡測定（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  −ＳＴＭ）用に用いることができる。
【００５４】
ＡＦＭとＳＴＭの両方とも鋭い検出部先端部の正確な動きと正確な位置検出が必要である。これに関しては、Ｉｎｄｅｒｍｕｅｈｌｅ  ｅｔ  ａｌ．著の”Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｖｅｒｈａｎｇｉｎｇ  ｘｙ−Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｉｐ  ｆｏｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ，”  ｖｏｌ．  ４３，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ，  ｐｐ．  ３４６−５０  （１９９４）  を参照のこと。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｘｙステージとそれに関連したｘ軸方向駆動手段とｙ軸方向駆動手段を表す図
【図２】図１のｘ軸方向駆動手段とｙ軸方向駆動手段の各々が２個のアクチュエータを有するような実施例を表す図
【図３】図２のアクチュエータの一実施例を表す図
【図４】本発明によるｘｙｚステージを表す図
【図５】本発明によるｚ軸方向駆動手段の一実施例を表す図
【図６】本発明によるｚ軸方向駆動手段と共に用いられるヒンジ止めされた支持プレートの一実施例を表す図
【図７】本発明によるｚ軸方向駆動手段と共に用いられるヒンジ止めされた支持プレートロックの一実施例を表す図
【図８】本発明のｘｙｚステージを用いた近接場走査型光学顕微鏡の一実施例を表す図
【符号の説明】
２  ｘｙｚステージ
４  ｘｙステージ
６，８  矢印
１０  ウェハ
１２  サンプルステージ
１４，１６  リンク
２０  ｘ軸方向駆動手段
２０ａ，２０ｂ，４０ａ，４０ｂ  駆動アクチュエータ
２１  可動歯部材
２２  固定歯部材
２３  ステージ
２４  フレーム
２５，２６  第１部分
２７，２８  第２部分
２９  ステージサイド部材
３０  駆動部サポート部材
３１  立ち上げ部材
３２，７４  ボンドパッド
３３  導電層
３４，３７，７６  ワイヤ
３５  ワイヤボンドパッド
３６，７２  ワイヤトレース
３８  アーム
３９  部材
４０  ｙ軸方向駆動手段
４８  ｚ軸方向駆動手段
５０  平面電極
５２，５６  開口
５４  支持手段
５５  ヒンジ止め支持プレート
５７，６８  ヒンジ
５８  導電性フィンガ
６０  ライザ
６２  ヒンジ止めプレート
６３  ヒンジ止め支持プレートロック
６４  相互接続部材
６６  スロット
７０  電極
８２，８４  パス
９０  光ファイバ
９２  小アパーチャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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