(57)【要約】【課題】測定部を移動させることなく、試料を取出可能な表面分析装置を提供する。【解決手段】表面分析装置１は、試料を載置する試料台３０と、試料台３０に対向するように配置されるカンチレバーおよびカンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部とを備える。駆動機構は、試料台３０を取り出す際に、カンチレバーと試料台３０とが対向する第１方向において測定部２０と試料台３０とが離れるように試料台３０を測定部２０に対して相対的に変位させた後に、第１方向に交差する方向に試料台３０をスライド移動させるように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面を分析する表面分析装置であって、
試料を載置する試料台と、
前記試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよび前記カンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、
前記測定部と前記試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記試料台を取り出す際に、前記カンチレバーと前記試料台とが対向する第１方向において前記測定部と前記試料台とが離れるように前記試料台を前記測定部に対して相対的に変位させた後に、前記第１方向に交差する第２方向に前記試料台をスライド移動させるように構成されている、表面分析装置。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記試料台を保持する試料台保持部と、測定位置と試料取出位置との間で前記試料台を移動させる移動機構とを含み、
前記第１方向は上下方向であり、
前記移動機構は、前記測定位置よりも下方に位置する退避位置との間で前記試料台が昇降するように前記試料台保持部を昇降させ、前記試料取出位置と前記退避位置との間で前記試料台が移動するように前記試料台保持部をスライド移動させるように構成されている、請求項１に記載の表面分析装置。
【請求項３】
前記移動機構は、前記試料台保持部を支持する支持体と、前記試料台保持部がスライド移動するスライド方向に沿って前記支持体をスライド移動させるスライド機構と、前記支持体に対して前記試料台保持部を昇降させる昇降機構と、を含み、
前記支持体は、連続する第１区間および第２区間を含む所定のスライド区間を移動可能に設けられ、
前記第１区間における前記支持体のスライド移動に連動して、前記試料台保持部が前記昇降機構によって前記支持体に対して昇降し、
前記第２区間における前記支持体のスライド移動に伴って、前記試料台保持部が前記支持体と一体となって前記スライド方向に沿ってスライド移動する、請求項２に記載の表面分析装置。
【請求項４】
前記昇降機構は、前記支持体と前記試料台保持部とを連結する連結部材と、前記試料台保持部の昇降方向への移動を案内する昇降ガイドとを含み、
前記連結部材の一端側は、前記連結部材が前記スライド方向および前記昇降方向に直交する第１回動軸周りに回動可能となるように前記支持体に軸支され、
前記連結部材の他端側は、前記連結部材が前記第１回動軸に平行な第２回動軸周りに回動可能となるように前記試料台保持部に軸支され、
前記昇降ガイドは、前記支持体が前記第１区間を移動する際に前記試料取出位置から前記退避位置に向かう後退方向への前記試料台保持部の移動を規制し、
前記昇降ガイドによって前記後退方向への前記試料台保持部の移動が規制された規制状態で前記支持体が前記第１区間をスライド移動することにより、前記連結部材が前記第１回動軸周りおよび前記第２回動軸周りに回動し、これにより前記試料台保持部が前記支持体に対して昇降する、請求項３に記載の表面分析装置。
【請求項５】
前記昇降ガイドは、前記第１回動軸に平行な回転軸周りに回転可能なローラーを含み、
前記試料台保持部が前記ローラーに当接することにより前記規制状態となり、
前記規制状態において前記ローラーが回転することにより、前記試料台保持部の昇降が案内される、請求項４に記載の表面分析装置。
【請求項６】
前記昇降機構は、前記試料台に干渉しないように前記試料台保持部の上方に配置されたプレート部を有し、
前記支持体は、前記試料台保持部の下方に配置され、
前記試料台保持部が前記プレート部に当接することにより、前記試料台保持部の上昇が規制され、
前記試料台保持部が前記支持体に当接することにより、前記試料台保持部の下降が規制される、請求項３から５のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【請求項７】
前記支持体の位置を検出する検出装置を備え、
前記検出装置は、発光部と、前記発光部から出射された光を受光する受光部とを含み、
前記スライド機構は、前記支持体のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体を含み、
前記検出装置は、前記発光部から前記受光部に向けて出射された光が前記遮光体によって遮光されたことにより、前記支持体の位置を検出する、請求項３から６のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【請求項８】
前記試料台が前記測定位置に位置する状態において、前記試料台、前記試料台保持部および前記移動機構を収容する筐体を備え、
前記筐体の一部は、スライド移動可能に構成されており、
前記試料台保持部は、前記筐体の前記一部に着脱可能に係合する係合部を有し、
前記係合部は、前記試料台が前記測定位置に位置するように前記試料台保持部が上昇した状態において前記筐体の一部に係合していない非係合状態となっており、前記試料台が前記退避位置に位置するように前記試料台保持部が下降した状態において前記一部に係合した係合状態となっており、
前記係合状態において、前記退避位置から前記試料取出位置に前記試料台が向かうように前記試料台保持部をスライド移動させることにより、前記筐体の一部が前記試料台保持部と一体にスライド移動し、これにより前記試料台が前記筐体内部から外部に露出する、請求項２から７のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分析装置として、探針が設けられたカンチレバーを用いて試料面上の微細構造を分析する走査型プローブ顕微鏡が、特開平８−１０１２１９号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示の走査型プローブ顕微鏡にあっては、試料台に対して所定の位置関係で固定されるベースに、光学系を含む測定部が移動可能に固定されている。測定部は試料台の上方に配置されている。試料を測定する際には、測定時の位置から測定部を後退させることにより、試料台の上方に試料を交換するための空間が形成され、これにより、試料の交換作業を容易に行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の構成にあっては、試料を交換する際には、試料台を固定した状態で光学系を含む測定部を移動させる。このため、作業者の手が意図せずに光学系の調整ツマミに触れたり、衝撃が光学系に伝達されたりすることにより、光学系において光軸がずれることが懸念される。
【０００６】
また、試料を交換する際、測定部内でカンチレバーが移動した後、試料を移動することが可能となる。このカンチレバーが移動する工程には手間と時間を要するため、試料を交換する作業全体に手間と時間がかかることが懸念される。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、試料を容易に取出可能な表面分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に基づく表面分析装置は、試料表面を分析する表面分析装置であって、試料を載置する試料台と、上記試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよび上記カンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、上記測定部と上記試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、を備える。上記駆動機構は、上記カンチレバーと上記試料台とが対向する第１方向において上記測定部と上記試料台とが離れるように上記試料台を上記測定部に対して相対的に変位させた後に、上記第１方向に交差する第２方向に上記試料台をスライド移動させるように構成されている。
【０００９】
上記構成によれば、試料を取り出す際には、上記カンチレバーと上記試料台とが対向する第１方向において測定部と試料台とが離れるように試料台を測定部に対して相対的に変位させた後に、第１方向に交差する第２方向に試料台をスライド移動させる。このため、試料台がスライド移動する際には、測定部に対して試料台が離れた状態で移動するため、測定部と試料台とが干渉することを防止することができる。また、測定部内でカンチレバー駆動部によるカンチレバーの移動を待たなくても、上記のように測定部と試料台とを相対的に変位させることにより、試料を取り出すことができる。このため、試料交換の手間と時間がかからず、容易に試料交換を行なうことができる。
【００１０】
上記本開示に基づく表面分析装置は、上記駆動機構は、上記試料台を保持する試料台保持部と、測定位置と試料取出位置との間で上記試料台を移動させる移動機構とを含んでいることが好ましい。上記第１方向は上下方向であってもよい。この場合には、上記移動機構は、上記測定位置よりも下方に位置する退避位置との間で上記試料台が昇降するように上記試料台保持部を昇降させ、上記試料取出位置と上記退避位置との間で上記試料台が移動するように上記試料台保持部をスライド移動させるように構成されていることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、試料を取り出す際には、測定部に対して試料台を下方に退避させてから、試料台をスライド移動させる。一方、試料をセットする際には、その逆の動作を行なう。このため、試料台がスライド移動する際には、測定部に対して試料台が下降した状態で移動するため、測定部と試料台とが干渉することを防止することができる。
【００１２】
また、測定部を移動させることなく、試料台保持部を移動させることにより、測定位置と試料取出位置との間で試料台を移動させることができる。このため、測定部を移動させて試料を取り出す構成、および測定部を取り外して試料を取り出す構成と比較して、測定部に含まれる測定機器の位置が変動することを抑制することができる。さらに、測定部を取り外す作業が不要となるため、試料を取り出す際に作業の負担および作業時間を低減することができる。加えて、上下方向において測定部と重ならない位置に試料取出位置を設けることにより、十分な作業スペースを確保することができるため、作業性を向上させることができる。
【００１３】
上記本開示に基づく表面分析装置にあっては、上記移動機構は、上記試料台保持部を支持する支持体と、上記試料台保持部がスライド移動するスライド方向に沿って上記支持体をスライド移動させるスライド機構と、上記支持体に対して上記試料台保持部を昇降させる昇降機構と、を含むことが好ましい。この場合には、上記支持体は、連続する第１区間および第２区間を含む所定のスライド区間を移動可能に設けられることが好ましい。さらに、上記第１区間における上記支持体のスライド移動に連動して、上記試料台保持部が上記昇降機構によって上記支持体に対して昇降することが好ましく、上記第２区間における上記支持体のスライド移動に伴って、上記試料台保持部が上記支持体と一体となって上記スライド方向に沿ってスライド移動することが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、支持体のスライド区間によって試料台保持部の昇降移動とスライド移動とを切り替えることができる。所定のスライド区間を連続して支持体をスライド移動させることで試料台保持部を適切に移動させることができるため、動作制御を容易に行なうことができる。
【００１５】
上記本開示に基づく表面分析装置にあっては、上記昇降機構は、上記支持体と上記試料台保持部とを連結する連結部材と、上記試料台保持部の昇降方向への移動を案内する昇降ガイドとを含んでいてもよい。この場合には、上記連結部材の一端側は、上記連結部材が上記スライド方向および上記昇降方向に直交する第１回動軸周りに回動可能となるように上記支持体に軸支され、上記連結部材の他端側は、上記連結部材が上記第１回動軸に平行な第２回動軸周りに回動可能となるように上記試料台保持部に軸支されていることが好ましい。上記昇降ガイドは、上記支持体が上記第１区間を移動する際に上記試料取出位置から上記退避位置に向かう後退方向への上記試料台保持部の移動を規制することが好ましい。さらに、上記昇降ガイドによって上記後退方向への上記試料台保持部の移動が規制された規制状態で上記支持体が上記第１区間をスライド移動することにより、上記連結部材が上記第１回動軸周りおよび上記第２回動軸周りに回転し、これにより上記試料台保持部が上記支持体に対して昇降することが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、昇降方向に直交する第１回動軸周りに回動可能となるように連結部材の一端側が支持体に軸支され、上記第１回動軸に平行な第２回動軸周りに回動可能となるように連結部材の他端側が試料台保持部に軸支されている。後退方向へ試料台保持部の移動を昇降ガイドによって規制しつつ支持体をスライド移動させることにより、支持体に対する連結部材の傾斜角が変更するように連結部材が、第１回動軸周りおよび第２回動軸まわりに連結部材が回転する。これにより、試料台保持部が昇降する。このように、姿勢を変更可能に軸支された連結部材を用いて試料台保持部を昇降させるため、昇降機構を簡素化することができる。
【００１７】
上記本開示に基づく表面分析装置にあっては、上記昇降ガイドは、上記第１回動軸周りに平行な回転軸周りに回転可能なローラーを含んでいてもよい。この場合には、上記試料台保持部が上記ローラーに当接することにより上記規制状態となり、上記規制状態において上記ローラーが回転することにより、上記試料台保持部の昇降が案内されることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、試料台保持部が昇降する際にローラーが回転することにより、昇降ガイドと試料台保持部との摩擦を低減させることができる。
【００１９】
上記本開示に基づく表面分析装置にあっては、上記昇降機構は、上記試料台に干渉しないように上記試料台保持部の上方に配置されたプレート部を有していてもよく、上記支持体は、上記試料台保持部の下方に配置されていてもよい。この場合には、上記試料台保持部が上記プレート部に当接することにより、上記試料台保持部の上昇が規制されることが好ましい。また、上記試料台保持部が上記支持体に当接することにより、上記試料台保持部の下降が規制されることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、支持体によって試料台保持部の下降移動を規制しつつ、試料台保持部の上方に配置されたプレート部によって試料台保持部の上昇移動を規制することができる。このため、部品点数を少なくしつつ、簡素な構成で、試料台保持部の昇降範囲を制限することができる。
【００２１】
上記本開示に基づく表面分析装置は、上記支持体の位置を検出する検出装置を備えていてもよい。この場合には、上記検出装置は、発光部と、上記発光部から出射された光を受光する受光部とを含んでいることが好ましく、上記スライド機構は、上記支持体のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体を含むことが好ましい。さらに、上記検出装置は、上記発光部から上記受光部に向けて出射された光が上記遮光体によって遮光されたことにより、上記支持体の位置を検出することが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、発光部および受光部を含む検出装置を用いて、発光部から受光部に向けて出射された光が遮光体によって遮光された場合に支持体の位置を検出することができる。
【００２３】
上記開示に基づく表面分析装置は、上記試料台が上記測定位置に位置する状態において、上記試料台、上記試料台保持部および上記移動機構を収容する筐体を備えることが好ましい。さらに、上記筐体の一部は、スライド移動可能に構成されていることが好ましい。この場合には、上記試料台保持部は、上記筐体の上記一部に着脱可能に係合する係合部を有することが好ましい。また、上記係合部は、上記試料台が上記測定位置に位置するように上記試料台保持部が上昇した状態において上記筐体の一部に係合していない非係合状態となっていることが好ましく、上記試料台が上記退避位置に位置するように上記試料台保持部が下降した状態において上記一部に係合した係合状態となっていることが好ましい。さらに、上記係合状態において、上記退避位置から上記試料取出位置に上記試料台が向かうように上記試料台保持部をスライド移動させることにより、上記筐体の一部が上記試料台保持部と一体にスライド移動し、これにより上記試料台が上記筐体内部から外部に露出することが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、試料台保持部のスライド移動に伴って筐体の一部もスライド移動することができる。試料取出位置に試料台が位置するように試料台保持部をスライド移動させた場合に、試料台が筐体内部から外部に露出することにより、試料の取り出しを容易に行なうことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、試料を容易に取出可能な表面分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定時の状態を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の試料取出時の状態を示す斜視図である。
【図３】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の筐体内の構成を部分的に示す斜視図である。
【図４】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡において試料台が測定位置に位置する第１状態を示す概略断面図である。
【図５】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡において試料台が退避位置に位置する第２状態を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡において試料台が試料取出位置に位置する第３状態を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態に係る試料台保持部と移動機構の一部とを示す斜視図である。
【図８】図４に示す第１状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。
【図９】図４に示す第２状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。
【図１０】図４に示す第３状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。
【図１１】実施の形態に係る検出装置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、表面分析装置として、走査型プローブ顕微鏡を例示して説明する。また、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２８】
図１は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の測定時の状態を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の試料取出時の状態を示す斜視図である。図１および図２を参照して、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡１について説明する。
【００２９】
図１に示すように、実施の形態１に係る走査型プローブ顕微鏡１は、筐体１０、測定部２０および試料台３０を備える。筐体１０は、上部筐体１１と下部筐体１２とを含む。上部筐体１１は、内部に測定部２０を収容する。下部筐体１２は、上部筐体１１の下方側に位置する。下部筐体１２のフロント部１３は、第２方向としての前後方向にスライド移動可能に構成されている。
【００３０】
測定部２０は、後述する測定位置に位置する試料台３０に載置された試料の上方側から試料を測定する。測定部２０は、ヘッド部２１、ホルダ２２、カンチレバー２３（図４参照）、カンチレバー駆動部２６および撮像部２４を含む。ヘッド部２１は、前方に向けて開口する開口部２１ａを有する。ホルダ２２は、開口部２１ａ内に配置される。カンチレバー２３は、ホルダ２２を利用して装着される。カンチレバー２３は、試料台３０に対向するように配置される。カンチレバー２３は、試料台３０の上方に配置される。カンチレバー駆動部２６は、カンチレバーを駆動させる。
【００３１】
ヘッド部２１の内部には、変位検出系が収容されている。変位検出系は、レーザー光を出力するレーザーダイオードや、レーザー光を試料に導くレンズやミラー等の光学系、ビームスプリッターや、カンチレバーの反射光を受光するフォトディテクター等を含む。また、ヘッド部２１には、変位検出系の各構成要素の位置調整を行なうための位置調整つまみ等が設けられている。
【００３２】
ヘッド部２１の天板には、窓部が設けられている。撮像部２４は、当該窓部から試料の表面を補助的に観察するためのものである。また、撮像部２４は、カンチレバー２３の背面（上面）を観察しながら変位検出系の位置を調整するためにも用いられる。
【００３３】
試料台３０は、試料を載置するための部位である。試料台３０は、略円柱形状を有する。試料台３０は、後述するように、測定位置と試料取出位置との間で移動可能に構成されている。
【００３４】
試料台３０は、図１に示すように、測定時においては測定位置に位置し、筐体１０の内部に収容されている。試料台３０は、図２に示すように、試料取出時においては試料取出位置に位置する。試料取出位置は、測定位置よりも下方側かつ前方側に位置する。試料台３０は、試料取出時においては、下部筐体１２のフロント部１３と一体に前方へ引き出されており、筐体１０の内部から外側に露出している。このため、試料取出位置において、試料を取り出したり交換したりすることができる。さらに、上下方向において測定部２０と重ならない位置に試料取出位置を設けることにより、十分な作業スペースを確保することができるため、作業性を向上させることができる。
【００３５】
図３は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の筐体内の構成を部分的に示す斜視図である。なお、図３は、測定時の状態を示している。図３を参照して、走査型プローブ顕微鏡１の筐体１０内の構成について説明する。
【００３６】
図３に示すように、走査型プローブ顕微鏡１は、ベース部２５、プレート部９０、および駆動機構４５をさらに備える。駆動機構４５は、試料台３０を保持する試料台保持部４０と測定位置と試料取出位置との間で試料台３０を移動させる移動機構５０とを含む。
【００３７】
ベース部２５は、ヘッド部２１を支持する。ベース部２５は、前方に向けて開口する切欠き部を有し、試料台３０に干渉しないように設けられている。
【００３８】
プレート部９０は、ベース部２５の下方に配置されている。プレート部９０は、試料台保持部４０の上方に配置されている。プレート部９０は、前方に向けて開口する切欠き部９０ａを有し、試料台３０に干渉しないように設けられている。
【００３９】
試料台保持部４０は、試料台３０を保持する。これにより、後述するように試料台保持部４０を移動させることで、試料台３０が試料台保持部４０とともに移動する。
【００４０】
駆動機構４５は、測定部２０と試料台３０とを相対的に変位させる。駆動機構４５は、試料台３０を取り出す際に、カンチレバー２３と試料台３０とが対向する第１方向（上下方向）において測定部２０と試料台３０とが離れるように試料台３０を測定部２０に対して相対的に変位させた後に、第１方向に交差する第２方向（前後方向）に試料台３０をスライド移動させるように構成されている。
【００４１】
具体的には、移動機構５０は、測定位置と試料台取出位置との間で試料台３０が移動するように試料台保持部４０を移動させる。移動機構５０は、測定位置よりも下方に位置する退避位置と測定位置との間で試料台３０が昇降するように試料台保持部４０を上下方向（矢印ＤＲ１方向）に昇降させる。移動機構５０は、試料取出位置と退避位置との間で試料台３０が移動するように試料台保持部４０を前後方向（矢印ＤＲ２方向）に移動させる。なお、移動機構５０の詳細な構成については、図７から図９を用いて後述する。
【００４２】
図４は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡において試料台が測定位置に位置する第１状態を示す概略断面図である。図５は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡において試料台が退避位置に位置する第２状態を示す概略断面図である。図６は、実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡において試料台が試料取出位置に位置する第３状態を示す概略断面図である。図４から図６を参照して、試料台３０および試料台保持部４０の詳細な構成、ならびに試料台３０の取出動作について説明する。
【００４３】
図４から図６に示すように、試料台保持部４０は、上方に向けて開放された略箱型形状を有する。試料台保持部４０は、本体部４１と、後述する複数の脚部４２，４３（図７参照）とを含む。本体部４１は、底部４１ａ、側壁部４１ｂ、貫通孔４１ｃ、および係合部４１ｄを有する。
【００４４】
底部４１ａは、平板形状を有する。側壁部４１ｂは、底部４１ａの周縁から起立するように設けられている。底部４１ａの略中央部には、貫通孔４１ｃが設けられている。当該貫通孔４１ｃには、試料台３０が挿入されている。係合部４１ｄは、底部４１ａの前部において、下方に向けて突出するように設けられている。係合部４１ｄは、筐体の一部に着脱可能に係合する部位である。具体的には、係合部４１ｄは、筐体の内部に設けられた張出部１４に係合可能に設けられている。
【００４５】
試料台３０は、試料載置部３１およびスキャナ３２を含む。試料載置部３１は、スキャナ３２の上端に固定されている。スキャナ３２は、ピエゾチューブ３３およびスキャナハウジング３４を含む。当該、スキャナハウジング３４がブラケット３５によって試料台保持部４０に固定されることにより、試料台３０は、試料台保持部４０に保持される。なお、ブラケット３５は、ネジ等の締結部材３６によって試料台保持部４０の底部４１ａに固定される。
【００４６】
図４に示すように、試料台３０が測定位置に位置する第１状態においては、試料台３０、試料台保持部４０、および移動機構５０は、筐体１０の内部に収容されている。この状態においては、試料台３０の上部が、プレート部９０の上方に突出している。また、試料台保持部４０の係合部４１ｄは、張出部１４に対向するように配置されており、張出部１４に係合していない非係合状態となっている。
【００４７】
上記第１状態から試料台３０を取り出す場合には、まず、移動機構５０によって、測定位置から退避位置に試料台３０が下降するように試料台保持部４０を下降させる。
【００４８】
図５に示すように、試料台３０が退避位置に位置する第２状態においても、試料台３０、試料台保持部４０、および移動機構５０は、筐体１０の内部に収容されている。一方、この状態においては、試料台３０および試料台保持部４０が下降することにより、試料台３０の上部が、プレート部９０の上方に突出しないようになっている。すなわち、試料台３０および試料台保持部４０が下降することにより、試料台３０の上端が、測定部２０および上部筐体１１よりも下方側に位置する。また、係合部４１ｄが張出部１４に設けられた係合孔に係合した係合状態となっている。
【００４９】
次に、移動機構５０によって、退避位置から試料取出位置に試料台３０が移動するように、試料台保持部４０を前方に向けてスライド移動させる。この際、測定部２０に対して試料台が下降した状態で移動するため、測定部２０と試料台３０とが干渉することを防止することができる。また、係合部４１ｄが係合状態であるため、試料台保持部４０とともにフロント部１３も前方にスライド移動する。
【００５０】
図６に示すように、試料台３０が試料取出位置に位置する第３状態においては、試料台３０は、フロント部１３が前方側に移動することにより、上部筐体１１とフロント部１３との間に形成された隙間から、試料台３０が露出する。これにより、試料の取り出しを容易に行なうことができる。
【００５１】
なお、試料を取り出した後に他の試料を測定する場合には、逆の動作を行なうことにより、試料台３０を試料取出位置から測定位置に移動させることができる。
【００５２】
図７は、実施の形態に係る試料台保持部と移動機構の一部とを示す斜視図である。図７を参照して、実施の形態に係る移動機構５０の詳細な構成について説明する。
【００５３】
図７に示すように、移動機構５０は、支持体６０、スライド機構７０、および昇降機構８０を含む。
【００５４】
支持体６０は、試料台保持部４０を支持する。支持体６０は、試料台保持部４０の下方に配置されている。支持体６０は、略直方体形状を有する。支持体６０の中央部には、試料台保持部４０が貫通するように、貫通孔６０ａが設けられている。
【００５５】
スライド機構７０は、試料台保持部４０がスライド移動するスライド方向（前後方向）に沿って支持体６０を移動させる。スライド機構７０は、駆動機構７１、移動体７４、および固定部７５を含む。
【００５６】
駆動機構７１は、モータ７２と、回転シャフト７３とを有する。モータ７２が駆動することにより、回転シャフト７３が回転する。回転シャフト７３としては、たとえばボールネジを採用することができる。
【００５７】
移動体７４は、回転シャフト７３が回転することにより、回転シャフト７３の回転軸方向に沿って移動する。回転シャフト７３の回転軸は、前後方向に平行に配置されている。回転シャフト７３が正転することにより、移動体７４は、前方に向けて移動する。回転シャフト７３が逆転することにより、移動体７４は、後方に向けて移動する。
【００５８】
固定部７５は、移動体７４と支持体６０とを固定する。これにより、移動体７４が移動することにより、支持体６０も移動体７４とともに移動することとなる。
【００５９】
昇降機構８０は、支持体６０に対して試料台保持部４０を昇降させる。昇降機構８０は、連結部材８１と、昇降ガイド８４とを含む。
【００６０】
連結部材８１は、支持体６０と試料台保持部４０とを連結する。連結部材８１は、４つ設けられている。支持体６０前部の左右側面に２つの連結部材８１が連結されており、支持体６０後部の左右側面に２つの２つの連結部材８１が連結されている。
【００６１】
連結部材８１の一端側は、連結部材８１が第１回動軸８２周りに回動可能となるように、支持体６０に軸支されている。第１回動軸８２は、上記スライド方向（前後方向）および昇降方向（上下方向）に直交する。すなわち、第１回動軸８２は、左右方向に平行である。
【００６２】
連結部材８１の他端側は、連結部材８１が第２回動軸８３周りに回動可能となるように、試料台保持部４０に軸支されている。第２回動軸８３は、第１回動軸８２に平行である。第２回動軸８３は、第１回動軸８２よりも後方かつ上方に位置する。
【００６３】
昇降ガイド８４は、試料台保持部４０の昇降方向への移動を案内する。また、昇降ガイド８４は、試料台保持部４０の昇降中に、試料取出位置から退避位置に向かう後退方向（後方）への試料台保持部４０の移動を規制する。
【００６４】
昇降ガイド８４は、回転軸８５およびローラー８６を含む。回転軸８５は、第１回動軸８２に平行である。回転軸８５は、第２回動軸８３よりも後方に位置する。ローラー８６は、第２回動軸８３周りに回転可能に設けられている。回転軸８５は、スライド方向へスライド移動不能に固定されている。
【００６５】
試料台保持部４０は、本体部４１、および複数の脚部４２、４３を含む。複数の脚部４２、４３は、本体部４１から下方に突出するように設けられている。複数の脚部４２は、前側に設けられ、複数の脚部４３は、後側に設けられている。
【００６６】
このように構成される移動機構５０にあっては、後述するように、支持体６０が連続する第１区間Ｓ１（図９参照）および第２区間Ｓ２（図１０参照）を含む所定のスライド区間Ｓ（図１０参照）を移動可能に設けられている。第１区間Ｓ１における支持体６０の移動に連動して、試料台保持部４０が、昇降機構８０によって昇降する。第２区間Ｓ２における支持体６０の移動に伴って、試料台保持部４０が、支持体６０と一体となってスライド方向に沿ってスライド移動する。
【００６７】
これにより、支持体６０のスライド区間によって試料台保持部４０の昇降移動とスライド移動とを切り替えることができる。所定のスライド区間Ｓを連続して支持体６０をスライド移動させることで試料台保持部４０を適切に移動させることができるため、動作制御を容易に行なうことができる。
【００６８】
以下、図８から図１０を用いて、支持体６０の移動と試料台保持部４０との移動の様子について説明する。
【００６９】
図８は、図４に示す第１状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。図８に示すように、第１状態においては、連結部材８１の傾斜角（連結部材８１の延在方向と、スライド方向とが成す角のうち小さい方の角度）が大きくなっており、複数の脚部４２，４３は、支持体６０から離間して配置されている。
【００７０】
また、複数の脚部４３の後面が、ローラー８６に当接することにより、試料台保持部４０の後方への移動が規制された状態となっている。
【００７１】
この状態から支持体６０を前方へ移動させていくと、連結部材８１の後方側への移動が規制されつつ、連結部材８１の一端側が前方へ移動する。これにより、連結部材８１の他端が下方に移動するように、連結部材８１が第１回転軸周りおよび第２回転軸周りに回転する。すなわち、上記連結部材８１の傾斜角が小さくなっていく。この結果、試料台保持部４０が下降していく。試料台保持部４０が下降する際には、ローラー８６が回転し試料台保持部の下降も案内される。なお、試料台保持部４０を上昇させる場合には、上記と逆の動作が行なわれる。
【００７２】
このように姿勢（傾斜角）を変更可能に連結部材８１を軸支して、試料台保持部４０を昇降させることにより、昇降機構８０を簡素化することができる。さらに、試料台保持部４０の昇降時にローラー８６が回転することにより、昇降ガイド８４と試料台保持部４０との摩擦を低減させることができる。
【００７３】
図９は、図４に示す第２状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。図９に示すように、第１状態から支持体６０を第１区間Ｓ１移動させると、試料台保持部４０が下降することで、複数の脚部４２，４３が支持体６０に当接する。これにより、試料台保持部４０の下降が規制され、試料台３０が退避位置に位置することとなる。この状態においては、連結部材８１の姿勢（傾斜角）が一定に維持される。
【００７４】
このように、支持体６０が試料台保持部４０の下降を規制する規制手段として機能することとなる。なお、試料台保持部４０の上昇は、試料台保持部４０がその上方に配置されたプレート部９０に当接することで制限される。このように、プレート部９０および支持体６０に規制手段としての機能を持たせることにより、部品点数を少なくしつつ、簡素な構成で、試料台保持部の昇降範囲を制限することができる。
【００７５】
第２状態から支持体６０をさらに前方へスライド移動させることにより、試料台保持部４０は、高さ位置を一定に保った状態で支持体６０とともに前方へスライド移動する。この際、試料台保持部４０とともに試料台３０も前方へスライド移動する。
【００７６】
図１０は、図４に示す第３状態における試料台保持部と移動機構の一部とを示す平面図である。図１０に示すように、第２状態から支持体６０を第２区間Ｓ２移動させると、試料台保持部４０に固定された試料台３０が試料取出位置に移動する。
【００７７】
図１１は、実施の形態に係る検出装置について説明するための図である。図１１を参照して、実施の形態に係る検出装置９５について説明する。
【００７８】
図１１に示すように、走査型プローブ顕微鏡１は、検出装置９５を備える。検出装置９５は、支持体６０の位置を検出する。具体的には、検出装置９５は、支持体６０が所定のスライド区間Ｓを移動する際に試料取出位置から退避位置に向かう後退方向における所定のスライド区間Ｓの一端に支持体６０が位置するか否かを検出する。
【００７９】
検出装置９５は、発光部９３と、発光部９３から出射された光を受光する受光部９４とを含む。発光部９３および受光部９４は、上下方向に対向して配置されている。スライド機構７０は、支持体６０のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体７６を含む。
【００８０】
検出装置９５は、発光部９３から受光部９４に向けて出射された光が遮光体７６によって遮光されたことにより、支持体６０の位置を検出する。遮光体７６は、所定のスライド区間Ｓの一端に支持体６０が位置する場合に、上記光を遮光するように設けられている。
【００８１】
以上のように、本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡１にあっては、移動機構５０は、測定位置よりも下方に位置する退避位置と測定位置との間で試料台３０が昇降するように試料台保持部４０を昇降させ、試料取出位置と退避位置との間で試料台３０が移動するように試料台保持部４０をスライド移動させる。
【００８２】
これにより、試料を取り出す際には、測定部２０に対して試料台３０を下方に退避させてから、試料台３０をスライド移動させることができる。一方、試料をセットする際には、その逆の動作を行なう。このように、試料台３０がスライド移動する際には、測定部２０に対して試料台３０が下降した状態で移動するため、測定部２０と試料台３０とが干渉することを防止することができる。
【００８３】
また、測定部２０を移動させることなく、試料台保持部４０を移動させることにより、測定位置と試料取出位置との間で試料台３０を移動させることができる。このため、測定部２０を移動させて試料を取り出す構成、および測定部２０を取り外して試料を取り出す構成と比較して、測定部２０に含まれる測定機器（光学変位系）の位置が変動することを抑制することができる。さらに、測定部２０を取り外す作業が不要となるため、試料を取り出す際に作業の負担および作業時間を低減することができる。加えて、上下方向において測定部２０と重ならない位置に試料取出位置を設けることにより、十分な作業スペースを確保することができるため、作業性を向上させることができる。
【００８４】
以上、今回発明された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１  走査型プローブ顕微鏡、１０  筐体、１１  上部筐体、１２  下部筐体、１３  フロント部、１４  張出部、２０  測定部、２１  ヘッド部、２１ａ  開口部、２２  ホルダ、２３  カンチレバー、２４  撮像部、２５  ベース部、２６  カンチレバー駆動部、３０  試料台、３１  載置部、３２  スキャナ、３３  ピエゾチューブ、３４  スキャナハウジング、３５  ブラケット、３６  締結部材、４０  試料台保持部、４１  本体部、４１ａ  底部、４１ｂ  側壁部、４１ｃ  貫通孔、４１ｄ  係合部、４２，４３  脚部、４５  駆動機構、５０  移動機構、６０  支持体、６０ａ  貫通孔、７０  スライド機構、７１  駆動機構、７２  モータ、７３  回転シャフト、７４  移動体、７５  固定部、７６  遮光体、８０  昇降機構、８１  連結部材、８２  第１回動軸、８３  第２回動軸、８４  昇降ガイド、８５  回転軸、８６  ローラー、９０  プレート部、９０ａ  切欠き部９３  発光部、９４  受光部、９５  検出装置。
【図１】
2020063951.tif 000003
【図２】
2020063951.tif 000004
【図３】
2020063951.tif 000005
【図４】
2020063951.tif 000006
【図５】
2020063951.tif 000007
【図６】
2020063951.tif 000008
【図７】
2020063951.tif 000009
【図８】
2020063951.tif 000010
【図９】
2020063951.tif 000011
【図１０】
2020063951.tif 000012
【図１１】
2020063951.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月3日(2019.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面を分析する表面分析装置であって、
試料を載置する試料台と、
前記試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよび前記カンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、
前記測定部と前記試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記試料台を取り出す際に、前記カンチレバーと前記試料台とが対向する第１方向において前記測定部と前記試料台とが離れるように前記試料台を前記測定部に対して相対的に変位させた後に、前記第１方向に交差する第２方向に前記試料台をスライド移動させるように構成されており、
前記駆動機構は、前記試料台を保持する試料台保持部と、測定位置と試料取出位置との間で前記試料台を移動させる移動機構とを含み、
前記第１方向は上下方向であり、
前記移動機構は、前記測定位置よりも下方に位置する退避位置との間で前記試料台が昇降するように前記試料台保持部を昇降させ、前記試料取出位置と前記退避位置との間で前記試料台が移動するように前記試料台保持部をスライド移動させるように構成されており、
前記試料台が前記測定位置に位置する状態において、前記試料台、前記試料台保持部および前記移動機構を収容する筐体を備え、
前記退避位置から前記試料取出位置に前記試料台が向かうように前記試料台保持部をスライド移動させることにより、前記試料台が前記筐体内部から外部に露出する、表面分析装置。
【請求項２】
前記移動機構は、前記試料台保持部を支持する支持体と、前記試料台保持部がスライド移動するスライド方向に沿って前記支持体をスライド移動させるスライド機構と、前記支持体に対して前記試料台保持部を昇降させる昇降機構と、を含み、
前記支持体は、連続する第１区間および第２区間を含む所定のスライド区間を移動可能に設けられ、
前記第１区間における前記支持体のスライド移動に連動して、前記試料台保持部が前記昇降機構によって前記支持体に対して昇降し、
前記第２区間における前記支持体のスライド移動に伴って、前記試料台保持部が前記支持体と一体となって前記スライド方向に沿ってスライド移動する、請求項１に記載の表面分析装置。
【請求項３】
前記昇降機構は、前記支持体と前記試料台保持部とを連結する連結部材と、前記試料台保持部の昇降方向への移動を案内する昇降ガイドとを含み、
前記連結部材の一端側は、前記連結部材が前記スライド方向および前記昇降方向に直交する第１回動軸周りに回動可能となるように前記支持体に軸支され、
前記連結部材の他端側は、前記連結部材が前記第１回動軸に平行な第２回動軸周りに回動可能となるように前記試料台保持部に軸支され、
前記昇降ガイドは、前記支持体が前記第１区間を移動する際に前記試料取出位置から前記退避位置に向かう後退方向への前記試料台保持部の移動を規制し、
前記昇降ガイドによって前記後退方向への前記試料台保持部の移動が規制された規制状態で前記支持体が前記第１区間をスライド移動することにより、前記連結部材が前記第１回動軸周りおよび前記第２回動軸周りに回動し、これにより前記試料台保持部が前記支持体に対して昇降する、請求項２に記載の表面分析装置。
【請求項４】
前記昇降ガイドは、前記第１回動軸に平行な回転軸周りに回転可能なローラーを含み、
前記試料台保持部が前記ローラーに当接することにより前記規制状態となり、
前記規制状態において前記ローラーが回転することにより、前記試料台保持部の昇降が案内される、請求項３に記載の表面分析装置。
【請求項５】
前記昇降機構は、前記試料台に干渉しないように前記試料台保持部の上方に配置されたプレート部を有し、
前記支持体は、前記試料台保持部の下方に配置され、
前記試料台保持部が前記プレート部に当接することにより、前記試料台保持部の上昇が規制され、
前記試料台保持部が前記支持体に当接することにより、前記試料台保持部の下降が規制される、請求項２から４のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【請求項６】
前記支持体の位置を検出する検出装置を備え、
前記検出装置は、発光部と、前記発光部から出射された光を受光する受光部とを含み、
前記スライド機構は、前記支持体のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体を含み、
前記検出装置は、前記発光部から前記受光部に向けて出射された光が前記遮光体によって遮光されたことにより、前記支持体の位置を検出する、請求項２から５のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【請求項７】
前記筐体の一部は、スライド移動可能に構成されており、
前記試料台保持部は、前記筐体の前記一部に着脱可能に係合する係合部を有し、
前記係合部は、前記試料台が前記測定位置に位置するように前記試料台保持部が上昇した状態において前記筐体の一部に係合していない非係合状態となっており、前記試料台が前記退避位置に位置するように前記試料台保持部が下降した状態において前記一部に係合した係合状態となっており、
前記係合状態において、前記退避位置から前記試料取出位置に前記試料台が向かうように前記試料台保持部をスライド移動させることにより、前記筐体の一部が前記試料台保持部と一体にスライド移動し、これにより前記試料台が前記筐体内部から外部に露出する、請求項１から６のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月17日(2019.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面を分析する表面分析装置であって、
試料を載置する試料台と、
前記試料台に対向するように配置されるカンチレバーおよび前記カンチレバーを駆動させるカンチレバー駆動部を含む測定部と、
前記測定部と前記試料台とを相対的に変位させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記試料台を取り出す際に、前記カンチレバーと前記試料台とが対向する第１方向において前記測定部と前記試料台とが離れるように前記試料台を前記測定部に対して相対的に変位させた後に、前記第１方向に交差する第２方向に前記試料台をスライド移動させるように構成されており、
前記駆動機構は、前記試料台を保持する試料台保持部と、測定位置と試料取出位置との間で前記試料台を移動させる移動機構とを含み、
前記第１方向は上下方向であり、
前記移動機構は、前記測定位置と前記測定位置よりも下方に位置する退避位置との間で前記試料台が昇降するように前記試料台保持部を昇降させ、前記試料取出位置と前記退避位置との間で前記試料台が移動するように前記試料台保持部をスライド移動させるように構成されており、
前記試料台が前記測定位置に位置する状態において、前記試料台、前記試料台保持部および前記移動機構を収容する筐体を備え、
前記退避位置から前記試料取出位置に前記試料台が向かうように前記試料台保持部をスライド移動させることにより、前記試料台が前記筐体内部から外部に露出する、表面分析装置。
【請求項２】
前記移動機構は、前記試料台保持部を支持する支持体と、前記試料台保持部がスライド移動するスライド方向に沿って前記支持体をスライド移動させるスライド機構と、前記支持体に対して前記試料台保持部を昇降させる昇降機構と、を含み、
前記支持体は、連続する第１区間および第２区間を含む所定のスライド区間を移動可能に設けられ、
前記第１区間における前記支持体のスライド移動に連動して、前記試料台保持部が前記昇降機構によって前記支持体に対して昇降し、
前記第２区間における前記支持体のスライド移動に伴って、前記試料台保持部が前記支持体と一体となって前記スライド方向に沿ってスライド移動する、請求項１に記載の表面分析装置。
【請求項３】
前記昇降機構は、前記支持体と前記試料台保持部とを連結する連結部材と、前記試料台保持部の昇降方向への移動を案内する昇降ガイドとを含み、
前記連結部材の一端側は、前記連結部材が前記スライド方向および前記昇降方向に直交する第１回動軸周りに回動可能となるように前記支持体に軸支され、
前記連結部材の他端側は、前記連結部材が前記第１回動軸に平行な第２回動軸周りに回動可能となるように前記試料台保持部に軸支され、
前記昇降ガイドは、前記支持体が前記第１区間を移動する際に前記試料取出位置から前記退避位置に向かう後退方向への前記試料台保持部の移動を規制し、
前記昇降ガイドによって前記後退方向への前記試料台保持部の移動が規制された規制状態で前記支持体が前記第１区間をスライド移動することにより、前記連結部材が前記第１回動軸周りおよび前記第２回動軸周りに回動し、これにより前記試料台保持部が前記支持体に対して昇降する、請求項２に記載の表面分析装置。
【請求項４】
前記昇降ガイドは、前記第１回動軸に平行な回転軸周りに回転可能なローラーを含み、
前記試料台保持部が前記ローラーに当接することにより前記規制状態となり、
前記規制状態において前記ローラーが回転することにより、前記試料台保持部の昇降が案内される、請求項３に記載の表面分析装置。
【請求項５】
前記昇降機構は、前記試料台に干渉しないように前記試料台保持部の上方に配置されたプレート部を有し、
前記支持体は、前記試料台保持部の下方に配置され、
前記試料台保持部が前記プレート部に当接することにより、前記試料台保持部の上昇が規制され、
前記試料台保持部が前記支持体に当接することにより、前記試料台保持部の下降が規制される、請求項２から４のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【請求項６】
前記支持体の位置を検出する検出装置を備え、
前記検出装置は、発光部と、前記発光部から出射された光を受光する受光部とを含み、
前記スライド機構は、前記支持体のスライド移動に伴ってスライド移動する遮光体を含み、
前記検出装置は、前記発光部から前記受光部に向けて出射された光が前記遮光体によって遮光されたことにより、前記支持体の位置を検出する、請求項２から５のいずれか１項に記載の表面分析装置。
【請求項７】
前記筐体の一部は、スライド移動可能に構成されており、
前記試料台保持部は、前記筐体の前記一部に着脱可能に係合する係合部を有し、
前記係合部は、前記試料台が前記測定位置に位置するように前記試料台保持部が上昇した状態において前記筐体の一部に係合していない非係合状態となっており、前記試料台が前記退避位置に位置するように前記試料台保持部が下降した状態において前記一部に係合した係合状態となっており、
前記係合状態において、前記退避位置から前記試料取出位置に前記試料台が向かうように前記試料台保持部をスライド移動させることにより、前記筐体の一部が前記試料台保持部と一体にスライド移動し、これにより前記試料台が前記筐体内部から外部に露出する、請求項１から６のいずれか１項に記載の表面分析装置。