(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を有する試料基板が載置される試料ステージ上に搭載される測定ヘッドを備え、
前記測定ヘッドは、自由端にプローブを有するカンチレバーと、前記カンチレバーを三次元的に走査する走査機構と、前記走査機構を保持している筐体を備え、
前記測定ヘッドを回転可能に支持する回転機構と、前記筐体に設けられた把手をさらに備え、
前記測定ヘッドは、前記回転機構を介して前記試料ステージを設置する設置台に連結される、走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記回転機構は、前記測定ヘッドを裏返し可能に支持している、請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
前記回転機構は回転軸部と軸受け部を備え、前記回転軸部と前記軸受け部は結合および分離可能である、請求項１または請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
前記回転軸部と前記軸受け部は、前記測定ヘッドが前記試料ステージによって移動されることによって結合および分離される、請求項３に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
結合および分離可能な少なくとも１対の嵌合部材を備え、前記回転機構は、前記嵌合部材を介して前記設置台または前記測定ヘッドに連結される、請求項１または請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項６】
前記嵌合部材は、前記測定ヘッドが前記試料ステージによって移動されることによって結合および分離される、請求項５に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
前記嵌合部材は、雄型嵌合部材と雌型嵌合部材から成る、請求項５または請求項６に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項８】
前記嵌合部材の結合を固定するロック機構を備えている、請求項５〜請求項７のいずれかひとつに記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項９】
前記回転機構は減衰機構を備えている、請求項１〜請求項６のいずれかひとつに記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１０】
前記回転機構の回転角度を制限するストッパーを備えている、請求項１〜請求項６のいずれかひとつに記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１１】
前記測定ヘッドは、光てこ式変位センサーを備えている、請求項１〜請求項６のいずれかひとつに記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１２】
前記試料ステージは光学顕微鏡に含まれ、前記光学顕微鏡の鏡体は前記設置台に含まれる、請求項１〜請求項６のいずれかひとつに記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１３】
前記光学顕微鏡は、前記鏡体が取り付けられた基台を有し、前記試料ステージは、前記基台に固定されている、請求項１２に記載の走査型プローブ顕微鏡。
【請求項１４】
請求項３または請求項５に記載の走査型プローブ顕微鏡の操作方法であって、
前記試料ステージを用いて前記測定ヘッドを移動させて、前記測定ヘッドを前記設置台に前記回転機構を介して連結させ、
前記把手を掴んで前記測定ヘッドを前記回転機構の回転軸を中心に回転させて前記測定ヘッドを裏返し、
前記試料ステージに前記試料を有する前記試料基板を載置し、および／または、前記測定ヘッドに前記カンチレバーを取り付け、
前記把手を掴んで前記測定ヘッドを前記回転機構の回転軸を中心に回転させて前記測定ヘッドを前記試料ステージ上に搭載し、
前記試料ステージを用いて前記測定ヘッドを移動させて、前記設置台と前記測定ヘッドの連結を解除し、
走査型プローブ顕微鏡測定を開始する、走査型プローブ顕微鏡の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、走査機構によって機械的プローブを機械的に走査して試料表面の情報を得る走査型顕微鏡であって、走査型トンネリング顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、走査型近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ）などの総称である。走査型プローブ顕微鏡は、機械的プローブと試料とを相対的にＸＹ方向にラスター走査し、機械的プローブを介して所望の試料領域の表面情報を得て、モニターＴＶ上にマッピング表示する。
【０００３】
なかでもＡＦＭは最も広く使用されている装置であって、機械的プローブをその自由端にもつカンチレバーと、カンチレバーの変位を検出する光学式変位センサーと、機械的プローブと試料を相対的に走査する走査機構を主要な機械機構として備えている。その光学式変位センサーとしては、構成が簡単でありかつ高い変位検出感度を有することから、光てこ式の光学式変位センサーが最も広く使われている。カンチレバー上に直径数μｍから数十μｍの光束を照射し、その反射光の反射方向がレバーの反りに応じて変化するのを二分割光ディテクタなどによりとらえて、カンチレバーの自由端にある機械的プローブの動作をとらえ電気信号として出力する。この出力が一定になるように走査機構をＺ方向に制御しながら、同じく走査機構をＸＹ方向に走査することにより、コンピュータのモニター上に試料表面の凹凸の状態をマッピング・表示する。
【０００４】
このようなＡＦＭは、一般に試料ステージ上に搭載される。ＡＦＭは、多くの場合、光学顕微鏡の試料ステージ上に搭載され、光学顕微鏡と組み合わせて使用される。これは、光学顕微鏡観察は試料の知見を得るだけでなく、試料の特定部位にカンチレバーを位置決めするときにも有効だからである。このようなＡＦＭでは、様々な試料に対応できるように、カンチレバーをＸＹＺに走査するレバースキャンタイプを用いることが多い。そしてレバースキャンタイプのＡＦＭの測定ヘッドを光学顕微鏡の試料ステージに載せて、試料の同時観察を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５２１６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
試料ステージ上への試料の載置の際は、ＡＦＭの測定ヘッドを試料ステージから取り去る必要がある。またカンチレバーの取り付けの際は、ＡＦＭの測定ヘッドを裏返す必要がある。
【０００７】
特表２０１０−５２１６９３号公報は、従来のＡＦＭの測定ヘッドの一例を開示している。
【０００８】
従来のＡＦＭの測定ヘッドでは、測定ヘッドを取り去る際、または測定ヘッドを裏返す際、作業しにくいばかりか、ＡＦＭの測定ヘッドを落下させる危険性がある。特に、ＡＦＭの測定ヘッドが光学顕微鏡の試料ステージに搭載されている場合は、測定ヘッドの位置が高いため危険性を増加させる。これはＡＦＭに限らず、走査型プローブ顕微鏡全般についてもあてはまる。
【０００９】
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、測定ヘッドを試料ステージから安全に取り去り裏返すことができる走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による走査型プローブ顕微鏡は、試料を有する試料基板が載置される試料ステージ上に搭載される測定ヘッドを備えている。前記測定ヘッドは、自由端にプローブを有するカンチレバーと、前記カンチレバーを三次元的に走査する走査機構と、前記走査機構を保持している筐体を備えている。走査型プローブ顕微鏡はまた、前記測定ヘッドを回転可能に支持する回転機構と、前記筐体に設けられた把手をさらに備えている。前記測定ヘッドは、前記回転機構を介して前記試料ステージを設置する設置台に連結される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定ヘッドを試料ステージから安全に取り去り裏返すことができる走査型プローブ顕微鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の正面図である。
【図２】第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の主要部の側面図である。
【図３】図１に示された把手を拡大して示している。
【図４】図１に示された連結部と蝶番と支柱の詳細構造を示している。
【図５】図１に示された測定ヘッドが回転移動された様子を示している。
【図６】蝶番が鏡体に取り付けられた第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の変形例を示している。
【図７】蝶番が回転角度を制限する停止部材を備えた第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の変形例の正面図である。
【図８】蝶番が回転角度を制限する停止部材を備えた第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の変形例の主要部の側面図である。
【図９】ノブ形状の把手を備えた第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の変形例の正面図である。
【図１０】ノブ形状の把手を備えた第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡の変形例の主要部の側面図である。
【図１１】雄型嵌合部材と雌型嵌合部材が分離状態にある第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡を示している。
【図１２】雄型嵌合部材と雌型嵌合部材が結合状態にある第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡を示している。
【図１３】図１１に示された雄型嵌合部材と雌型嵌合部材を拡大して示している。
【図１４】図１２に示された雄型嵌合部材と雌型嵌合部材を拡大して示している。
【図１５】図１２に示された測定ヘッドが回転移動された様子を示している。
【図１６】雄型嵌合部材と雌型嵌合部材が蝶番と支柱の間に設けられた第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡の変形例を示している。
【図１７】第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡における測定準備からＡＦＭ測定にかけた操作のフローを示している。
【図１８】回転軸と軸受けが分離状態にある第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡を示している。
【図１９】回転軸と軸受けが結合状態にある第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡を示している。
【図２０】図１９に示された測定ヘッドが回転移動された様子を示している。
【図２１】第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡における測定準備からＡＦＭ測定にかけた操作のフローを示している。
【図２２】試料ステージが複数の支柱を介して設置台に固定されたすべての実施形態に適用可能な走査型プローブ顕微鏡の変形例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
＜第一実施形態＞
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図１と図２に示す。図１は、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の正面図であり、図２は、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の主要部の側面図である。
【００１５】
図１と図２に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であり、試料ステージ２２上に搭載される測定ヘッド１４と、測定ヘッド１４を制御するコントローラ１５と、測定した結果を処理するコンピュータ（ＰＣ）１６を備えている。
【００１６】
試料ステージ２２は、例えば、光学顕微鏡の一部であってよい。つまり、試料ステージ２２は光学顕微鏡に含まれていてよい。ここでは、光学顕微鏡は倒立型光学顕微鏡である。倒立型光学顕微鏡は、定盤等の基台２６と、基台２６に取り付けられた鏡体２０を備えている。鏡体２０と基台２６は、試料ステージ２２を設置する設置台を構成している。
【００１７】
倒立型光学顕微鏡は、また、対物レンズ２３と、対物レンズ２３を保持するレボルバー２４と、接眼部２１と、照明光源２５を備えている。図１では、接眼部２１の図示は省略している。試料ステージ２２は、少なくとも１軸方向に移動可能であり、通常は２軸方向に移動可能である。試料ステージ２２は、鏡体２０に固定されている。対物レンズ２３と接眼部２１は共働して、試料１の拡大光学像を形成する観察光学系を形成する。
【００１８】
試料ステージ２２上には、試料１を保持しているスライドガラス等の試料基板２が載置される。本実施形態では、ＡＦＭは、レバースキャンタイプの液中観察用ＡＦＭであり、試料基板２と測定ヘッド１４の間に溶液４が保持される。
【００１９】
測定ヘッド１４は、自由端にプローブを有するカンチレバー３と、カンチレバー３を保持するカンチレバーホルダ６と、カンチレバー３の変位を測定する光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源１０と集光レンズ９と光ディテクタ１１と、試料１に対してカンチレバー３を三次元的に走査するＸＹＺ走査機構を構成するＺスキャナ７とＸＹスキャナ８と、光てこ式変位センサーとＸＹＺ走査機構を保持している筐体１２と、筐体１２を試料ステージ２２上に支持するための支柱１３と、光てこ式変位センサーとＸＹＺ走査機構を溶液４から保護するために筐体１２に設けられた窓ガラス５を備えている。
【００２０】
カンチレバー３を保持するカンチレバーホルダ６は、Ｚスキャナ７の自由端に取り付けられている。Ｚスキャナ７は、その固定端がＸＹスキャナ８に保持されており、ＸＹ走査される。また集光レンズ９もＸＹスキャナ８に保持されており、Ｚスキャナ７とともにＸＹ走査される。このようにして、ＸＹスキャナ８とＺスキャナ７とカンチレバーホルダ６とカンチレバー３と集光レンズ９により、検出光追従型のレバースキャン機構を構成している。
【００２１】
集光レンズ９は、カンチレバー３上に形成されるスポット径が数μｍ以下となるように、ＮＡ＝０．４以上の光学特性を有している。さらに、高速走査を可能にするために、集光レンズ９は小型軽量に構成され、その径は１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下である。
【００２２】
ＸＹＺ走査機構と光てこ式変位センサーは、コントローラ１５によって制御される。また測定した結果はＰＣ１６によって処理され、処理結果は、例えば、モニターＴＶ上に表示される。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、さらに、筐体１２に設けられた把手３０と、測定ヘッド１４を回転可能に支持する回転機構である蝶番３４と、筐体１２と蝶番３４の回転端を連結している連結部３１と、蝶番３４の固定端を保持している支柱３２と、裏返された測定ヘッド１４を支持するための停止棒３３を備えている。
【００２４】
支柱３２と停止棒３３は共に基台２６に立設されている。つまり、測定ヘッド１４は、回転機構である蝶番３４とこれを保持する支柱３２を介して設置台に連結されている。
【００２５】
把手３０は、例えば、図３に示すように、ハンドル形状をしている。
【００２６】
連結部３１と蝶番３４と支柱３２の詳細構造を図４に示す。図４において、連結部３１の接続面３５は、筐体１２との接続面を示す。蝶番３４は、２つの蝶番３４Ａ、蝶番３４Ｂから成り、それぞれの回転端が連結部３１にビス固定されている。
【００２７】
また支柱３２も２つの支柱３２Ａ、支柱３２Ｂから成り、それぞれの上端に、蝶番３４Ａ、蝶番３４Ｂの固定端がビス固定されている。
【００２８】
蝶番３４は、回転移動に抵抗を与える図示しない減衰機構を備えている。減衰機構は、バネ式、摩擦式、オイル式など、特に限定はない。
【００２９】
このように構成された本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、試料１の載置（交換を含む）および／またはカンチレバー３の取り付け（交換を含む）のために、図５に示すように、蝶番３４の回転軸を中心に測定ヘッド１４を回転移動させることができる。この回転移動は、把手３０が停止棒３３の上端３３ａに当接することにより停止される。つまり停止棒３３は、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を有する。このときの回転作業は、把手３０を掴んで行う。このようにして、測定ヘッド１４を試料ステージ２２上から安全かつ容易に取り去り、測定ヘッド１４を安全かつ容易に裏返して支持することができる。これにより、試料１の載置やカンチレバー３の取り付けの作業が容易に行えるようになる。また、測定ヘッド１４を落下させる危険から解放される。さらに、カンチレバー３の位置ずれの発生や、光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源１０と集光レンズ９と光ディテクタ１１の位置ずれの発生が軽減される。
【００３０】
本実施形態では、蝶番３４の固定端を保持するための支柱３２を基台２６に設ける代わりに、図６に示すように、蝶番３４の固定端を保持するための支持体３７を鏡体２０に取り付けてもよい。つまり、測定ヘッド１４は、回転機構である蝶番３４とこれを保持する支持体３７を介して設置台（鏡体２０と基台２６）に連結されている。
【００３１】
また本実施形態では、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を蝶番３４に持たせてもよい。例えば、停止棒３３を設ける代わりに、図７と図８に示すように、蝶番３４の固定端に停止部材４０を設け、筐体１２と蝶番３４の回転端がそれぞれ停止部材４０の面４０ａと面４０ｂに当接することにより、測定ヘッド１４の回転移動が停止されるようにしてもよい。
【００３２】
さらに本実施形態では、把手は、図３に示すようなハンドル形状の把手３０に限定されない。例えば、図９と図１０の例と同様に、ノブ形状の把手４１を顕微鏡正面側の筐体１２の面に設けてもよい。これは、測定ヘッド１４を回転移動させるときの人の動きを小さくでき、作業がより容易になる。この場合、測定ヘッド１４の回転移動の停止は、図７と図８に示す停止部材４０を用いて行ってもよいし、図３に示す把手３０を残しておき、把手３０と停止棒３３で行ってもよい。もちろん、停止棒３３の上端３３ａが筐体１２に当接して測定ヘッド１４の回転移動を停止させるようにしてもよい。
【００３３】
＜第二実施形態＞
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図１１に示す。図１１に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、筐体１２と蝶番３４を連結する連結部に特徴がある。
【００３４】
本実施形態の連結部は、筐体１２に設けられた雄型嵌合部材５１と、蝶番３４に設けられた雌型嵌合部材５２で構成される。雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２は互いに結合および分離可能である。雄型嵌合部材５１には、受け部材５３が設けられている。また雌型嵌合部材５２には、掛け部材５４が設けられている。受け部材５３と掛け部材５４は、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２の結合を固定するためのロック機構を構成している。
【００３５】
雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２が結合され、その結合が受け部材５３と掛け部材５４によりロックされた状態を図１２に示す。
【００３６】
雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２の結合と分離は、試料ステージ２２により測定ヘッド１４を移動させて行う。雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２の結合は、試料ステージ２２を用いて筐体１２に設けられた雄型嵌合部材５１を蝶番３４に設けられた雌型嵌合部材５２に近づけて行くことにより行われる。雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２の結合によって、回転機構である蝶番３４は、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２を介して測定ヘッド１４に連結される。その結果、測定ヘッド１４は、蝶番３４から成る回転機構を介して基台２６に連結される。また、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２の分離は、試料ステージ２２を用いて筐体１２に設けられた雄型嵌合部材５１を蝶番３４に設けられた雌型嵌合部材５２から遠ざけることにより行われる。
【００３７】
図１３に、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２が分離された状態の詳細を示す。また図１４に、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２が結合された状態の詳細を示す。図１３と図１４において、雄型嵌合部材５１の接続面５７は、筐体１２との接続面を示す。蝶番３４は、２つの蝶番３４Ａ、蝶番３４Ｂから成り、それぞれの回転端が雌型嵌合部材５２にビス固定されている。また支柱３２も２つの支柱３２Ａ、支柱３２Ｂから成り、それぞれの上端に、蝶番３４Ａ、蝶番３４Ｂの固定端がビス固定されている。
【００３８】
雄型嵌合部材５１の結合面には、雄型嵌合部である２つの円柱状の突起５５Ａ、５５Ｂが設けられている。また雄型嵌合部材５１の上面中央には受け部材５３が設けられている。
【００３９】
雌型嵌合部材５２の結合面には、雌型嵌合部である２つの円形孔５６Ａ、５６Ｂが設けられている。また雄型嵌合部材５１の上面中央には掛け部材５４が設けられている。
【００４０】
このような構成において、雄型嵌合部材５１の２つの円柱状の突起５５Ａ、５５Ｂが、それぞれ、雌型嵌合部材５２の２つの円形孔５６Ａ、５６Ｂに差し込まれて、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２が結合する。その結果、測定ヘッド１４と回転機構である蝶番３４を連結する連結部が雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２により構成される。また、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２から成るこの連結部を介して、回転機構である蝶番３４が測定ヘッド１４に連結される。
【００４１】
結合後は、受け部材５３に設けられた溝に掛け部材５４を引っ掛けて結合状態をロックする。
【００４２】
このように構成された本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、試料１の載置（交換を含む）および／またはカンチレバー３の取り付け（交換を含む）のために、図１５に示すように、蝶番３４の回転軸を中心に測定ヘッド１４を回転移動させることができる。この回転移動は、把手３０が停止棒３３の上端３３ａに当接することにより停止される。つまり停止棒３３は、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を有する。またこのときの回転作業は、把手３０を掴んで行う。このようにして、測定ヘッド１４を試料ステージ２２上から安全かつ容易に取り去り、測定ヘッド１４を裏返して支持することができる。これにより、試料１の載置やカンチレバー３の取り付けの作業が容易に行えるようになる。また、測定ヘッド１４を落下させる危険から解放される。さらに、カンチレバー３の位置ずれの発生や、光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源１０と集光レンズ９と光ディテクタ１１の位置ずれの発生が軽減される。
【００４３】
さらに本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、筐体１２と蝶番３４の連結部は、雄型嵌合部材５１と雄型嵌合部材５１で構成されており、互いに分離できる。つまり、筐体１２と蝶番３４を切り離すことができる。その結果、ＡＦＭ測定中においては、余分な機械要素を切り離すことができるため、ＡＦＭへの外乱振動ノイズの低減に効果がある。
【００４４】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、測定準備からＡＦＭ測定にかけて、図１７に示すフローに従って以下のように操作される。
【００４５】
測定ヘッド１４が試料ステージ２２上に搭載された初期状態から、試料ステージ２２を用いて測定ヘッド１４を移動させて雄型嵌合部材５１と雄型嵌合部材５１を結合させる。その結果、測定ヘッド１４と設置台（鏡体２０と基台２６）が回転機構である蝶番３４とこれを保持する支柱３２を介して連結される。
【００４６】
続いて、受け部材５３に掛け部材５４を引っ掛けて、測定ヘッド１４と設置台（鏡体２０と基台２６と支柱３２）の連結をロックする。
【００４７】
把手３０を掴んで測定ヘッド１４をストッパーが働く（すなわち把手３０が停止棒３３に当接する）まで回転させる。その結果、測定ヘッド１４は裏返された状態で支持される。
【００４８】
試料ステージ２２に試料１を載置する、および／または、測定ヘッド１４にカンチレバー３を取り付ける。
【００４９】
試料１の載置および／またはカンチレバー３の取り付けの終了後、把手３０を掴んで測定ヘッド１４を回転させて試料ステージ２２上に測定ヘッド１４を搭載する。
【００５０】
掛け部材５４を受け部材５３から外して、測定ヘッド１４と設置台（鏡体２０と基台２６と支柱３２）の連結のロックを解除する。
【００５１】
試料ステージ２２を用いて測定ヘッド１４を移動させて雄型嵌合部材５１と雄型嵌合部材５１を分離する。その結果、測定ヘッド１４と設置台（鏡体２０と基台２６）の連結が解除される。
【００５２】
ＡＦＭ測定を開始する。
【００５３】
本実施形態では、蝶番３４の固定端を保持するための支柱３２を基台２６に設ける代わりに、図６の例と同様に、蝶番３４の固定端を保持するための支持体３７を鏡体２０に取り付けてもよい。この構成では、雄型嵌合部材５１と雄型嵌合部材５１の連結により、測定ヘッド１４は、雄型嵌合部材５１と雄型嵌合部材５１で構成された連結部と回転機構である蝶番３４とこれを保持する支持体３７を介して設置台（鏡体２０と基台２６）に連結される。
【００５４】
また本実施形態では、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を蝶番３４に持たせてもよい。例えば、停止棒３３を設ける代わりに、図７と図８の例と同様に、蝶番３４の固定端に停止部材４０を設け、筐体１２と蝶番３４の回転端がそれぞれ停止部材４０の面４０ａと面４０ｂに当接することにより、測定ヘッド１４の回転移動が停止されるようにしてもよい。
【００５５】
さらに本実施形態では、把手は、図３に示すようなハンドル形状の把手３０に限定されない。例えば、図９と図１０に示すように、ノブ形状の把手４１を顕微鏡正面側の筐体１２の面に設けてもよい。これは、測定ヘッド１４を回転移動させるときの人の動きを小さくでき、作業がより容易になる。この場合、測定ヘッド１４の回転移動の停止は、図７と図８に示す停止部材４０を用いて行ってもよいし、図３に示す把手３０を残しておき、把手３０と停止棒３３で行ってもよい。もちろん、停止棒３３の上端３３ａが筐体１２に当接して測定ヘッド１４の回転移動を停止させるようにしてもよい。
【００５６】
加えて本実施形態では、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２で構成された連結部を、筐体１２と蝶番３４の間に設ける代わりに、蝶番３４と支柱３２の間に設けてもよい。すなわち、筐体１２−連結部（雄型嵌合部材５１−雌型嵌合部材５２）−蝶番３４の回転端−蝶番３４の回転軸−蝶番３４の固定端−支柱３２という連結を、例えば図１６に示すように、筐体１２−蝶番３４の回転端−蝶番３４の回転軸−蝶番３４の固定端−連結部（雌型嵌合部材５２−雄型嵌合部材５１）−支柱３２という連結に変更しても同様の効果が得られる。いずれの場合も、測定ヘッド１４は、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２から成る連結部と回転機構である蝶番３４と支柱３２を介して設置台（鏡体２０と基台２６）が連結される。言い換えれば、回転機構である蝶番３４は、雄型嵌合部材５１と雌型嵌合部材５２から成る連結部（および支柱３２）を介して測定ヘッド１４または設置台（鏡体２０と基台２６）に連結される。
【００５７】
＜第三実施形態＞
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図１８に示す。図１８に示すように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、回転軸６０と軸受け６１で構成される回転機構に特徴がある。
【００５８】
本実施形態の連結部は、筐体１２に設けられた回転軸６０と、基台２６に立設された支柱６２に保持されている軸受け６１で構成される。回転軸６０と軸受け６１は互いに結合および分離可能である。この構成では、設置台は、鏡体２０と基台２６に加えて支柱６２も含む。回転軸６０は、筐体１２の把手３０と反対側に設けられている。この形状は、例えば図３に示す把手３０と同様、ハンドル型をしている。
【００５９】
軸受け６１は、樹脂等の弾性部材で構成され、回転軸６０の軸径よりも小さい開口部を備えている。これにより、回転軸６０と軸受け６１の結合が外れにくくなっている。つまり、ロック状態を作り出すことができる。また、軸受け６１は、回転軸６０の回転時に回転軸６０に抵抗を与える。すなわち、回転軸６０と軸受け６１で構成される回転機構は、ロック機構と減衰機構を兼ね備える。
【００６０】
回転軸６０と軸受け６１が結合された状態を図１９に示す。
【００６１】
回転軸６０と軸受け６１の結合と分離は、試料ステージ２２により測定ヘッド１４を移動させて行う。回転軸６０と軸受け６１の結合は、試料ステージ２２を用いて筐体１２に設けられたハンドル型の回転軸６０を支柱６２に保持されている軸受け６１に近づけて行くことにより行われる。その結果、測定ヘッド１４は、回転軸６０と軸受け６１で構成された回転機構とこれを保持する支柱６２を介して設置台（鏡体２０と基台２６）に連結される。また、回転軸６０と軸受け６１の分離は、試料ステージ２２を用いて筐体１２に設けられたハンドル型の回転軸６０を支柱６２に保持されている軸受け６１から遠ざけることにより行われる。
【００６２】
このように構成された本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、試料１の載置（交換を含む）および／またはカンチレバー３の取り付け（交換を含む）のために、図２０に示すように、回転軸６０と軸受け６１が結合して構成された回転機構の回転軸を中心に、測定ヘッド１４を回転移動させることができる。この回転移動は、把手３０が停止棒３３の上端３３ａに当接することにより停止される。つまり停止棒３３は、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を有する。またこのときの回転作業は、把手３０を掴んで行う。このようにして、測定ヘッド１４を試料ステージ２２上から安全かつ容易に取り去り、測定ヘッド１４を裏返して支持することができる。これにより、試料１の載置やカンチレバー３の取り付けの作業が容易に行えるようになる。また、測定ヘッド１４を落下させる危険から解放される。さらに、カンチレバー３の位置ずれの発生や、光てこ式変位センサーを構成するレーザ光源１０と集光レンズ９と光ディテクタ１１の位置ずれの発生が軽減される。
【００６３】
さらに本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、回転軸６０と軸受け６１が分離できる。つまり、筐体１２と軸受け６１を切り離すことができる。その結果、ＡＦＭ測定中においては、余分な機械要素を切り離すことができるため、ＡＦＭへの外乱振動ノイズの低減に効果がある。
【００６４】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、測定準備からＡＦＭ測定にかけて、図２１に示すフローに従って以下のように操作される。
【００６５】
測定ヘッド１４が試料ステージ２２上に搭載された初期状態から、試料ステージ２２を用いて測定ヘッド１４を移動させて回転軸６０と軸受け６１を結合させる。その結果、測定ヘッド１４と設置台（鏡体２０と基台２６）が回転軸６０と軸受け６１で構成された回転機構とこれを保持する支柱６２を介して連結される。
【００６６】
把手３０を掴んで測定ヘッド１４をストッパーが働く（すなわち把手３０が停止棒３３に当接する）まで回転させる。その結果、測定ヘッド１４は裏返された状態で支持される。
【００６７】
試料ステージ２２に試料１を載置する、および／または、測定ヘッド１４にカンチレバー３を取り付ける。
【００６８】
試料１の載置および／またはカンチレバー３の取り付けの終了後、把手３０を掴んで測定ヘッド１４を回転させて試料ステージ２２上に測定ヘッド１４を搭載する。
【００６９】
試料ステージ２２を用いて測定ヘッド１４を移動させて回転軸６０と軸受け６１を分離する。その結果、測定ヘッド１４と設置台（鏡体２０と基台２６）の連結が解除される。
【００７０】
ＡＦＭ測定を開始する。
【００７１】
本実施形態では、軸受け６１を保持するための支柱を基台２６に設ける代わりに、図６の例と同様に、軸受け６１を保持するための支持体３７を鏡体２０に取り付けてもよい。この構成では、設置台は、鏡体２０と基台２６に加えて支持体３７も含む。つまり、回転軸６０と軸受け６１の連結により、測定ヘッド１４は、回転軸６０と軸受け６１で構成された回転機構とこれを保持する支持体３７を介して設置台（鏡体２０と基台２６）に連結される。
【００７２】
また本実施形態では、回転機構の回転角度を制限するストッパーとしての機能を軸受け６１に持たせてもよい。例えば、停止棒３３を設ける代わりに、図７と図８の例の停止部材４０と同様の機能を果たす停止部材を軸受け６１に設け、その停止部材に筐体１２が当接することにより、測定ヘッド１４の回転移動が停止されるようにしてもよい。
【００７３】
さらに本実施形態では、把手は、図３に示すようなハンドル形状の把手３０に限定されない。
【００７４】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【００７５】
例えば、実施形態では、ＡＦＭは、液中観察用ＡＦＭであるとして説明したが、大気中用ＡＦＭであってもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、走査型プローブ顕微鏡は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であるとして説明したが、ＡＦＭに限定されるものではなく、ＡＦＭ以外の種類の走査型プローブ顕微鏡であってもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。
【００７７】
連結部、蝶番、支柱、ロック機構等の数は何個であってもよい。
【００７８】
さらに、図２２に示すように、試料ステージ２２を基台２６に設けられた複数の支柱７０で直接保持し、試料ステージ２２と光学顕微鏡の鏡体２０を分離させてもよい。この構成では、試料ステージ２２は、基台２６に立設された支柱７０、支柱７１に固定されている。つまり、試料ステージ２２は、支柱７０、支柱７１を介して基台２６に固定されている。このような試料ステージ２２の基台２６への固定は、光学顕微鏡観察時の鏡体２０やレボルバー２４等の操作によって生じる振動をＡＦＭの測定ヘッド１４に伝達させ難くする効果がある。
【００７９】
図２２は、試料ステージ２２の基台２６への固定を例えば図１１に示す走査型プローブ顕微鏡に適用した例を示しているが、試料ステージ２２の基台２６への固定は、それ以外の走査型プローブ顕微鏡に適用されてもよい。
【００８０】
実施形態では、測定ヘッド１４が搭載される試料ステージ２２は、倒立型光学顕微鏡の試料ステージである例を示したが、これに限定されるものではなく、光学顕微鏡に包含されない他の試料ステージであってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…試料、２…試料基板、３…カンチレバー、４…溶液、５…窓ガラス、６…カンチレバーホルダ、７…Ｚスキャナ、８…ＸＹスキャナ、９…集光レンズ、１０…レーザ光源、１１…光ディテクタ、１２…筐体、１３…支柱、１４…測定ヘッド、１５…コントローラ、１６…コンピュータ、２０…鏡体、２１…接眼部、２２…試料ステージ、２３…対物レンズ、２４…レボルバー、２５…照明光源、２６…基台、３０…把手、３１…連結部、３２，３２Ａ，３２Ｂ…支柱、３３…停止棒、３３ａ…上端、３４，３４Ａ，３４Ｂ…蝶番、３５…接続面、３７…支持体、４０…停止部材、４０ａ，４０ｂ…面、４１…把手、５１…雄型嵌合部材、５２…雌型嵌合部材、５３…受け部材、５４…掛け部材、５５Ａ，５５Ｂ…突起、５６Ａ，５６Ｂ…円形孔、５７…接続面、６０…回転軸、６１…軸受け、６２…支柱、７０，７１…支柱。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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